摘要

開發高性能的二氧化碳（CO₂）分離膜對于推動碳捕獲技術的發展至關重要。具有可調節層間納米通道的二維（2D）材料膜，通過納米材料（例如金屬離子）進行功能化處理，在二氧化碳捕獲方面展現出巨大潛力。然而，在不降低分離性能的前提下實現納米材料在膜中的均勻分布仍然是一個挑戰。在此，我們提出了一種多功能分子固定化策略，用于制備具有增強二氧化碳捕獲性能的金屬離子插層石墨烯氧化物（GO）膜。多功能分子（鈉對氨基苯磺酸鹽，SPABS）實現了鈉離子（Na⁺）在GO膜層間通道中的原位且均勻的分布。SPABS的氨基與GO片層上的環氧基團發生了親核加成反應，從而形成了穩定的層間通道。同時，SPABS的親水磺酸基團增強了GO層間通道的水吸附能力，與鈉離子協同作用，形成了活性位點，促進了二氧化碳（CO₂）相對于氮氣（N₂）的快速且選擇性傳輸。所得膜表現出優異的二氧化碳捕獲性能。采用可擴展的刮刀澆鑄法制備的大尺寸膜（15厘米×20厘米）也展現了可重復的性能。這項工作為定制二維材料膜的納米通道以用于分子分離提供了見解和工具。

開發高性能的二氧化碳（CO₂）分離膜對于推動碳捕獲技術的發展至關重要。具有可調節層間納米通道的二維（2D）材料膜，通過納米材料（例如金屬離子）進行功能化處理，在二氧化碳捕獲方面展現出巨大潛力。然而，在不降低分離性能的前提下實現納米材料在膜中的均勻分布仍然是一個挑戰。在此，我們提出了一種多功能分子固定化策略，用于制備具有增強二氧化碳捕獲性能的金屬離子插層石墨烯氧化物（GO）膜。多功能分子（鈉對氨基苯磺酸鹽，SPABS）實現了鈉離子（Na⁺）在GO膜層間通道中的原位且均勻的分布。SPABS的氨基與GO片層上的環氧基團發生了親核加成反應，從而形成了穩定的層間通道。同時，SPABS的親水磺酸基團增強了GO層間通道的水吸附能力，與鈉離子協同作用，形成了活性位點，促進了二氧化碳（CO₂）相對于氮氣（N₂）的快速且選擇性傳輸。所得膜表現出優異的二氧化碳捕獲性能。采用可擴展的刮刀澆鑄法制備的大尺寸膜（15厘米×20厘米）也展現了可重復的性能。這項工作為定制二維材料膜的納米通道以用于分子分離提供了見解和工具。