利用石墨烯基膜在液态水中分离氢同位素
化学物理
2022-12-27 v1 材料科学
摘要
利用气态 H2/D2 透过石墨烯/Nafion 复合膜的过滤已有效实现氢同位素分离。然而，氘在自然中几乎不以气态 D2 形式存在，而是存在于液态水中。因此，从水中分离并富集氘更为可行。本文成功将单层石墨烯转移至刚性多孔聚合物基底 PITEM(聚酰亚胺径迹蚀刻膜)，可避免 Nafion 基底的溶胀问题并保持石墨烯完整性。同时，通过界面聚合成功修复大面积 CVD 石墨烯中的缺陷，从而获得高分离因子。此外，基于动力学同位素效应(KIE)提出了质子透过单层石墨烯传输机制的新模型。该模型中，石墨烯通过完全断裂 O-H/O-D 键在 H/D 分离过程中发挥关键作用，可最大化 KIE 从而提升 H/D 分离性能。本工作展示了单层石墨烯在工业中的可观应用前景，并提出了对石墨烯中质子传输的深刻理解。
引用
@article{arxiv.2212.12994,
title = {Hydrogen isotope separation using graphene-based membranes in liquid water},
author = {Xiangrui Zhang and Hequn Wang and Tiantian Xiao and Xiaoyi Chen and Wen Li and Yihan Xu and Jianlong Lin and Zhe Wang and Hailin Peng and Sheng Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.12994},
year = {2022}
}
备注
10 pages, 4 figures (6pages, 6figures for SI)