瑞士洛桑联邦理工学院Kumar Varoon Agrawal课题组--毫秒级晶格气化用于单层石墨烯中高密度CO2和O2筛分纳米孔

刻蚀单层石墨烯，使其在分子分化中具有亚埃精度的高孔密度，对于实现类似大小气体分子(如CO₂和N₂)的高通量分离至关重要。然而，实现高孔密度所需的快速蚀刻动力学，对控制这样的精度是极具挑战性的。在这里，我们报道了一种毫秒碳气化化学，包含高密度(>10¹² cm⁻²)的功能氧簇，然后在可控和可预测的气化条件下，在二氧化碳筛选空位缺陷中演化。观察到纳米孔晶格异构体的统计分布，与对异构体分类问题的理论解释非常吻合。该气化技术是可扩展的，并展示了厘米尺度的膜。最后，通过空位缺陷在O₂气氛中的原位扩展，分子截止值可以调节为0.1 Å。结果表明，对CO₂/O₂、O₂/N₂实现较好的选择性同时，CO₂、O₂气通量分别达到>10000和1000 GPU。

Fig. 1 通过毫秒气化将高密度的空位缺陷精确地结合到石墨烯中。

Fig. 2. 基于AC-HRTEM的毫秒气化N-SLG中空位缺陷的晶格结构分析。

Fig. 3. 由毫秒气化引入的N-SLG中空位缺陷引起的气体分离性能。

Fig. 4. MGR制备的N-SLG的气体分离性能,在200°C下进行原位O₂处理。

相关研究成果于2021年由瑞士洛桑联邦理工学院Kumar Varoon Agrawal课题组，发表在Sci. Adv.（DOI: 10.1126/sciadv.abf0116）上。原文：Millisecond lattice gasification for high-density CO₂- and O₂-sieving nanopores in single-layer graphene。