Создана тончайшая мембрана из когда-либо существовавших, которая ведет себя избирательно по отношению к проходящим через нее молекулам. Такую мембрану сконструировали из оксида графена инженеры Университета Южной Каролины. Она имеет толщину менее 2 нанометров и обладает высокой селективностью по отношению к проникновению молекул газа водорода и диоксида углерода.
О возможности фильтрации на уровне молекул, команда ученых сообщила в журнале «Science». Они установили, что через созданную ими мембрану, водород и гелий проходят относительно легко, а углекислый газ, кислород, азот, окись углерода и метан проникают гораздо медленнее.
“Молекула водорода имеет кинетический диаметр 0,289 нм, а углекислого газа – 0,33 нм. Разница в размерах очень мала, всего 0,04 нм, но этого оказывается достаточно, чтобы было значительное отличие в скорости проникновения, – сказал Мяо Ю (Miao Yu), инженер-химик инженерно-вычислительного колледжа Университета Южной Каролины, который возглавлял исследовательскую группу. – Мембрана ведет себя как сито. Большие молекулы не могут проходить, но те, что поменьше – могут”. Такую технологию можно применить в окнах plastika-okon.ru для очистки входящего в помещение воздуха.
Кроме полученной селективности восхищает также успех ученых в создании столь малых конструкций. Мембрана была получена на поверхности пористого оксида алюминия. «Хлопья» оксида графена шириной порядка 500 нм и толщиной всего в один атом углерода наносились на опору для создания круглой мембраны площадью около двух квадратных сантиметров.
Мембрана представляет мозаику из перекрывающихся лоскутов оксида графена. Она похожа на поверхность стола, покрытую разбросанными игральными картами. И создать такую конструкцию, с равномерным распределением «хлопьев» диоксида графена, без отверстий и щелей, было очень трудно. Молекулы газа всегда ищут промежуток между лоскутами или дефекты в них, через которые они могут пройти.
Именно пространство между «хлопьями», было основным препятствием на пути прогресса в технологиях разделении газов с помощью мембран. Вот почему микропористые мембраны для разделения молекул были, как правило, очень толстыми. «По крайней мере, они были 20 нм, и обычно даже толще, – сказал Мяо. – Все что тоньше, и молекулы газа в том числе, легко находят свой путь в неоднородном пространстве между «хлопьями». Команда Мяо разработала способ получения мембраны без этих утечек между чешуйками. И в результате они создали мембрану толщиной 1,8-нм.
Их достижение может помочь в борьбе с парниковым эффектом, обеспечив эффективное отделение углекислого газа от других газов, что являлось приоритетной задачей исследования. Кроме того, оно может найти применения и в технологиях получения водорода, например, в топливных элементах, или в системах очистки воды, что так же актуально на сегодняшний день,
