新型二維SiO₂功能多：可以充當分子和離子“篩子”，淡化海水，還可用于燃料電池
發布時間 :2022-03-09
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3月8日消息，比勒費爾德、波鴻和耶魯大學的研究人員已成功生産出了二維 (2D) 二氧化矽。這種材料含有天然孔隙，因此可以用作分子和離子的篩子。長期以來，科學家們一直在尋找這種材料，因為它們可以幫助淡化海水并用于新型燃料電池。該研究由比勒費爾德大學的 Petr Dementyev 博士、波鴻魯爾大學的 Anjana Devi 教授和教授共同進行。耶魯大學的埃裡克·奧特曼。
晶格中天然存在的孔隙
當二維材料被高精度刺穿時，它們可以用來過濾掉某些離子和分子。為此，研究人員一次又一次地嘗試對由碳原子組成的石墨烯材料進行穿孔。由于它沒有天然毛孔，因此必須人工插入。但是，很難在不永久損壞材料的情況下在石墨烯國貿建定義尺寸的孔。這是因為它由于穿孔而失去了機械穩定性。因此，必須找到替代方案。在目前的研究中，研究小組利用了二維二氧化矽的晶格天然含有孔隙這一事實。他們表明，這些孔隙可用于将某些氣體彼此分離。
“這非常令人興奮，因為二維二氧化矽本質上具有非常高密度的小孔，這在人工膜中根本不可能産生，”比勒費爾德超分子系統和表面研究小組的 Petr Dementyev 說：“與穿孔石墨烯不同，這些孔的大小幾乎相同。而且它們的數量之多令人難以置信，以至于這種材料的行為就像分子的細網篩。”
大規模制造的難題
2D 二氧化矽自 2010 年以來就已為人所知。但是，它的制造成本非常高，隻能小規模生産。來自波鴻、比勒費爾德和耶魯大學的研究人員彙集了材料化學、化學工程和化學物理學的專業知識，提出了一種新的材料制造工藝。他們使用原子層沉積的方法，在金表面上沉積單層二氧化矽。研究人員使用高壓工藝将該層轉化為二維形式，然後通過光譜學和顯微鏡對其進行詳細表征。然後，他們在真空室中檢查了通過二維膜的氣流。
雖然水蒸氣和酒精會滲透二氧化矽層，但氮氣和氧氣無法通過。工業中對這種具有選擇性滲透性的材料的需求量很大，然而，在實際使用二維二氧化矽之前，重要的是要準确評估有多少不同的分子可以附着在材料表面或它們如何穿透它。
“我們希望我們的結果與全球材料科學界高度相關，”無機材料化學研究小組的 Anjana Devi 總結道：“這種二維膜可能處于幫助可持續發展的前沿，例如在能源轉換或儲存領域。”
