近日，能源与环境领域顶级期刊Energy & Environmental Science （能源与环境科学杂志，IF=25.427）发表了我校分离膜与膜过程国家重点实验室青年教师王少飞与天津大学姜忠义教授、Michael D. Guiver教授等的合作论文，题为“A highly permeable graphene oxide membrane with fast and selective transport nanochannels for efficient carbon capture”（具有快速高选择性纳米通道的氧化石墨烯膜用于高效碳捕集）。
碳捕集是21世纪人类社会面临的重大挑战。从烟道气、天然气、沼气等混合气中高效分离CO2是实现碳捕集的重要手段。与吸收、吸附等方法相比，膜分离具有耗能低和环境友好等优点，成为最具潜力的碳捕集方法之一。但目前膜材料渗透性能普遍偏低，主要原因在于膜内缺乏气体快速传递的通道，对于高效膜通道构建的研究已成为国内外的重点和难点问题。
研究团队从CO2分子在水通道蛋白纳米通道内高效传递现象得到启发，首次提出了以通道微环境为中心的纳米通道设计原则，通过硼酸盐对氧化石墨烯（GO）的化学交联并真空辅助抽滤，构建了以氧化石墨烯为单元的二维纳米通道，制备了具有超薄（<10 nm）、强稳定性分离层的复合膜，通过协同调控通道内物理微环境、化学微环境和水环境，实现了对通道尺寸、促进传递载体含量、水含量/水状态的可控调节，实现了膜分离性能的显著提升。实验结果表明，该超薄膜对CO2同时具有高渗透性和高选择性，其分离性能为目前文献报道的石墨烯基CO2分离膜的最高值，在天然气脱碳、烟道气脱碳等分离过程中具有广阔应用前景。该研究标志着我校膜国家重点实验室在纳米通道膜构建方面取得重大突破，得到了国家自然科学基金、重点实验室开放课题等资助。
气体分子在氧化石墨烯超薄膜层间传递示意图（Energy Environ. Sci. 2016, 9 (10), 3107-3112.）