孔径精准可控的分子筛型纳米炭片实现高效气体分离

气体的混合是热力学自发过程。作为其可逆过程，气体分离需要外界做功，消耗能量。因此，如何降低能耗，实现高效的气体分离是当前分离领域的研究热点和难点。近日，我校化工学院院长陆安慧教授团队合成了一系列孔径精准可控的分子筛型纳米炭片，实现了多种混合气的高效分离。

炭质吸附剂因其化学性质稳定、耐水汽、孔隙结构发达等特点，被广泛应用于气体吸附分离，而微孔尺寸是决定其分离性能的关键因素。然而，由于常规炭前驱体的颗粒尺寸多在微米量级以上，热解过程中存在传质和传热不均匀的问题生成sp³碳含量高的无序湍流状乱堆结构，导致微孔尺寸难以调控。此外，常见多孔炭骨架结构单元尺寸大、孔壁厚，导致的气体分子扩散路径长，内部微孔利用率低的问题也亟待解决。

陆安慧教授团队基于温控相转变方法，合成了孔径精准可控的分子筛型纳米炭片，这种纳米炭片sp²碳含量超过80%，微孔孔径在0.53 - 0.58 nm范围精准可调，炭片厚度在30-65 nm内精准可控。用于气体分离时，纳米炭片可实现低压（＜0.1 bar）下对吸附质分子的大量、快速吸附。在常温常压条件下，纳米炭片对CO₂，C₂H₆和C₃H₈表现出高吸收量（5.2, 5.3和5.1mmol g^-1）和选择性（7, 71和386）。此外，模拟真实天然气组成的动态穿透实验进一步证实该多孔炭材料吸附量大、选择性好、再生容易、耐水汽性能好的优点。

相关成果近期作为VIP发表在Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 1632 -1635Thermoregulated Phase-Transition Synthesis of Two-Dimensional Carbon Nanoplates Rich in sp²Carbon and Unimodal Ultramicropores for Kinetic Gas Separation。