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二维石墨氮化碳(g-C3N4)纳米片由于其固有的面内纳米孔而成为膜的理想候选材料。然而，传统的自上而下制备形成的非选择性缺陷和不利的重新堆叠严重制约了其分离性能。
近日，清华大学王海辉教授，华南理工大学薛健副研究员通过自下而上的方法制备高质量的g-C3N4纳米片，其中产生的g-C3N4已经随着热缩聚剥离成纳米片，跳过剥离步骤，因此显著避免了g-C3N4纳米片的结构劣化。然后使用异丙醇作为制备膜的分散剂来削弱g-C3N4纳米片之间的π-π相互作用。
研究人员获得了由高质量的g-C3N4纳米片组装的具有无序堆积结构的层状g-C3N4膜。层状g-C3N4纳米片膜在混合气体分离中表现出1.3×10-6 mol m-2 s-1 Pa-1的优异H2渗透率和高选择性。
研究人员通过DFT和MD模拟揭示了气体通过g-C3N4膜的分离机理，其基于尺寸排阻和气体分子与g-C3N4纳米片之间的相互作用的协同影响。因此，本工作不仅制备了用于高效净化H2的层状g-C3N4纳米片膜，而且为构建用于气体分离的其他2D纳米片膜提供了策略。
参考文献
Zhou, Y., Wu, Y., Wu, H. et al. Fast hydrogen purification through graphitic carbon nitride nanosheet membranes. Nat Commun 13, 5852 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33654-6
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