气体通过分子级薄膜的传输机制
介观与纳米尺度物理
2022-09-07 v1 软凝聚态物质
应用物理
化学物理
摘要
具有本征亚纳米孔隙的原子级薄分子碳纳米膜（CNMs）因其极薄的厚度、高能效和选择性，被视为下一代过滤与气体分离应用的有前景候选材料。CNMs具有本征孔隙，这优于石墨烯和过渡金属硫族化物等其他二维材料（后者需在合成后引入缺陷和孔隙）。已有研究发现，水和氦气以高于检测限的速率透过4,4-三联苯硫醇（TPT）CNM。此外，尽管水蒸气与氦气的动力学直径相近，其渗透速率随压力呈非线性关系，且比氦气渗透强1000倍。然而，此前尚无明确的渗透机制能解释这两种物质的渗透。本文中，我们证明所有气体物质的渗透均由它们的吸附所决定。我们在不同温度下对TPT CNM进行了气体渗透测量，发现所有被测气体均经历与动力学直径相关的活化能垒。进一步，我们确认吸附和渗透过程中的熵损失是水蒸气强非线性渗透的根本原因。我们的结果还表明，吸附在所有气体（不仅限于水）的渗透中均起主要作用。
引用
@article{arxiv.2209.01778,
title = {Gas transport mechanisms through molecularly thin membranes},
author = {Vladislav Stroganov and Daniel Hüger and Christof Neumann and Tabata Noethel and Michael Steinert and Uwe Huebner and Andrey Turchanin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.01778},
year = {2022}
}