近年来，全球变暖的影响越来越严重，迫切需要通过技术进步来减少二氧化碳排放。氢气是一种理想的清洁能源，燃烧时会产生水。因此，为促进氢能的利用，必须开发安全、节能的氢气生产和储存技术。
目前，氢气是由天然气制成的，因此不适合脱碳。使用大量能源来分离氢气，并不能使其成为清洁能源。近日，在一项新研究中，科学家们开发了一种由石墨烯包裹的沸石膜，可用于快速分离氢气。
聚合物分离膜具有扩大分离膜和提高分离系数的巨大优势。但是，通过膜的渗透速度极低。因此，亟需一种新型分离膜技术，其分离速度要比传统分离膜快的多。
在新研究中，科学家制备的的石墨烯包裹分子筛膜的分离系数为245，渗透系数为5.8×10 6 barrer，是传统聚合物分离膜的100倍以上。如果未来增加分离膜的尺寸，很可能会建立一种节能的分离工艺，用于分离二氧化碳、氧气和氢气等重要气体。
石墨烯包裹在 MFI 型沸石晶体周围，具有疏水性。由于排斥相互作用的减少，包装使用胶体科学的原理来保持石墨烯和沸石晶面彼此靠近。
这种分离原理不同于传统的聚合物溶解机理和孔径分离机理。在沸石分离膜中，通过选择沸石或其他晶体的表面结构取决于分离目标。原则上，可以对任何目标气体进行高速分离。因此，如果这种分离膜的制造方法具有可扩展性，那么在工业上就可以广泛运用，从而减少二氧化碳的排放量。
该研究论文题为“Ultrapermeable 2D-channeled graphene-wrapped zeolite molecular sieving membranes for hydrogen separation”，已发表在《科学进展》期刊上。
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论文原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.2c00223
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