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      利用碳球改善石墨烯層增加其吸附效率和儲氫性能

      時間:2020-10-13 11:21:47       瀏覽:477

      氧化石墨烯等二維材料納米孔膜由于其獨特的分子篩特性和操作簡單,在揮發性有機化合物(VOCs)和H2吸附方面頗受關注。然而,石墨烯片的團聚和低吸附效率是一個大問題。

      含有二維材料[如氧化石墨烯]的納米多孔無機膜已顯示出高表面積、超輕重量、高吸附能力,在電化學儲能和水凈化方面研究較多。石墨烯薄片的容易聚集導致氣體(如VOC和H2)可達到的表面積明顯減少,分子擴散阻力顯著增加,這將降低吸附量。具有分級微孔和中孔結構的碳球由于其高球狀、高選擇性和高孔隙率,通過使用粘合劑將這些球體構造成膜,但是這些膜力學不穩定,制造成本高以及粘合劑堵塞而形成膜的影響。該研究推測可以組裝分層的納米孔膜(HNMs)結構,其中碳球可作為有效的“納米孔間隔子”,并通過擴大層間間距顯著改善跨平面的傳質,同時減輕了球的團聚和堆積,得到牢固結合球體的純GO膜。

      通過實驗研究測量發現:HNM在低濃度VOC環境中表現出優異的吸附性能。HNM用于H2存儲極高的表面積以及分層的微孔為主的結構,使HNM成為極具吸引力的儲氫候選材料。77k和1.2 bar條件下,HNM對H2的最高吸附量為3.3wt%。它的吸附量與其他多孔材料的吸附量相當,如活性炭(在77k和1bar時,吸附量為1.4~1.6wt%;777 K和4MPa時,為6.6wt%)和MOFs(777 K和1bar時,吸附量為0.7~2.5wt%)

       

      制備的HNMs具有可循環性和高吸附性能,再加上經濟性,耐用性和易結垢性,證實了該膜的經濟有效利用。與商業活性炭等相比,任然具有較高的吸附性能和儲氫性能,在環境和能源領域具有很大的應用潛力。

       

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