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利用碳球改善石墨烯层增加其吸附效率和储氢性能

时间:2020-10-13 11:21:47       浏览:274

氧化石墨烯等二维材料纳米孔膜由于其独特的分子筛特性和操作简单,在挥发性有机化合物(VOCs)和H2吸附方面颇受关注。然而,石墨烯片的团聚和低吸附效率是一个大问题。

含有二维材料[如氧化石墨烯]的纳米多孔无机膜已显示出高表面积超轻重量高吸附能力,在电化学储能和水净化方面研究较多石墨烯薄片的容易聚集导致气体(如VOC和H2)可达到的表面积明显减少,分子扩散阻力显著增加,这将降低吸附量。具有分级微孔和中孔结构的碳球由于其高球状、高选择性和高孔隙率,通过使用粘合剂将这些球体构造成膜,但是这些膜力学不稳定,制造成本高以及粘合剂堵塞而形成膜的影响。该研究推测可以组装分层的纳米孔膜(HNMs)结构,其中碳球可作为有效的“纳米孔间隔子”,并通过扩大层间间距显着改善跨平面的传质,同时减轻了球的团聚和堆积,得到牢固结合球体的纯GO膜。

通过实验研究测量发现:HNM在低浓度VOC环境中表现出优异的吸附性能。HNM用于H2存储极高的表面积以及分层的微孔为主的结构,使HNM成为极具吸引力的储氢候选材料。77k和1.2 bar条件下,HNM对H2的最高吸附量为3.3wt%。它的吸附量与其他多孔材料的吸附量相当,如活性炭(在77k和1bar时,吸附量为1.4~1.6wt%;777 K和4MPa时,为6.6wt%)和MOFs(777 K和1bar时,吸附量为0.7~2.5wt%)

 

制备的HNMs具有可循环性和高吸附性能,再加上经济性,耐用性和易结垢性,证实了该膜的经济有效利用。与商业活性炭等相比,任然具有较高的吸附性能和储氢性能,在环境和能源领域具有很大的应用潜力。

 

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