近年来，石墨烯等一系列二维材料在分离领域的应用逐渐受到人们的关注。特别是将二维材料组装成具有层状堆叠结构的二维膜，利用其层间通道进行传质与分离更是备受重视。目前，用于超滤/纳滤的二维膜已有不少报道，但用于气体分离的二维膜却寥寥无几。二维膜的层间距必须与气体分子的尺寸（几埃）相当，才能实现气体的精准筛分。然而，将二维膜的层间距控制在次纳米级仍然是挑战性的难题。
华南理工大学的王海辉教授课题组首次提出利用新型二维材料MXene构筑高度有序的二维MXene膜。由于这类MXene表面含有大量且分布均匀的末端官能团，直接将这些基团作为二维孔道的“柱撑”则可得到层间距约为0.35纳米的MXene膜，并且其孔道高度有序。将制备的MXene膜用于气体分离时，H2渗透的通量达到2200 Barrer，H2/CO2的分离选择性达到160，突破了目前为止所有分离膜的上限。同时，作者也对该体系进行了分子模拟计算，表明该次纳米级高度有序化的层间二维通道对实现高效精准的气体分离非常重要。
图1. MXene纳米片及MXene二维膜的微观形貌表征（标尺分别为a: 1 μm, b: 5 nm, c: 500 nm, d: 500 nm, e: 1 μm, f: 10 nm）。
图2.（a）MXene膜的气体筛分性能；（b）MXene膜对H2/CO2单组分渗透及双组分分离的实验值与模拟值比较；（c）MXene膜与其他多种膜的性能比较；（d）分子模拟MXene膜对混合组分H2/CO2和H2/N2两种体系分别进行筛分的示意图。
这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是华南理工大学的在读博士生丁力和魏嫣莹研究员，文章的通讯作者是华南理工大学的王海辉教授和德雷赛尔大学的Yury Gogotsi教授。另外，华南理工大学的李理波副教授对该工作的分子模拟部分做出了重要贡献。该研究得到国家自然科学基金、千人计划及广东省杰出青年自然科学基金等项目的资助。
该论文作者为：Li Ding, Yanying Wei, Libo Li, Tao Zhang, Haihui Wang, Jian Xue, Liang-Xin Ding, Suqing Wang, Jürgen Caro, Yury Gogotsi
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MXene molecular sieving membranes for highly efficient gas separation
Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-02529-6
导师简介
王海辉，1975年生，华南理工大学教授、博士生导师、杰青、长江学者、英国皇家化学会Fellow；2003年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获得博士学位；先后在德国汉诺威大学从事洪堡学者和博士后研究；2011年入选广东省珠江学者特聘教授，2012年成为国家杰出青年基金获得者，2015年入选科技部中青年科技创新领军人才，2016年入选英国皇家化学会Fellow；在AIChE Journal、Angwante Chemie International Edition、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Chemical Science 等学术期刊上发表论文170余篇，论文引用7499次（Google Scholar，2017年3月29日），H因子为51；2014年起连续入选爱思唯尔中国高被引学者（化学工程领域）。
http://www.x-mol.com/university/faculty/16827
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