亚苯基石墨烯-1 膜：用于氢气提纯与氦气分离的优异候选材料

在本研究中，我们使用密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟来研究亚苯基石墨烯-1 膜对氢气（$H_2$）提纯和氦气（$He$）分离的性能。通过计算其内聚能确认了该膜的稳定性。我们的结果显示，$H_2$（0.384 eV）和 $He$（0.178 eV）分子穿过亚苯基石墨烯-1 膜存在可逾越的能垒。在室温下，$H_2$/$CO_2$、$H_2$/$N_2$、$H_2$/$CO$ 和 $H_2$/$CH_4$ 的选择性分别为 $3 \times 10^{27}$、$2 \times 10^{18}$、$1 \times 10^{17}$ 和 $6 \times 10^{46}$。此外，我们证明亚苯基石墨烯-1 膜对 $H_2$ 和 He 分子的渗透率远高于当前工业应用中的值，特别是在分别高于 300 K 和 150 K 的温度下。我们进一步进行了 MD 模拟以确认 DFT 计算的结果。所有这些结果表明，亚苯基石墨烯单层膜是 $H_2$ 提纯和 He 分离的优异候选材料。