九州大学国际空间研究中心 由两个聚合物层组成的独立且机械强度高的纳米膜显示出优异的二氧化碳与氮气分离性能
研究表明，复合膜的表面对实现CO2选择性起着至关重要的作用
由互穿沟槽层(PDMS)和超薄选择层(Pebax-1657)聚合物组成的界面层可通过PDMS的氧等离子体处理方便地控制
这一发现为纳米厚度范围内的材料性能提供了新的见解
学分:罗曼·塞尔扬琴，九州大学I2CNER 二氧化碳排放到大气中造成的气候破坏是人类面临的一个重大生存问题
最可接受的解决方案是完全停止使用化石燃料，或者至少根据巴黎协定，所有国家都快速减少使用化石燃料
这将确保地球变暖被限制在2摄氏度以内
然而，减排速度缓慢，大多数国家不太可能达到协议的目标
因此，迫切需要防止大量二氧化碳排放的技术解决方案
一些捕获二氧化碳的技术，例如液态胺化学物质的吸附，已经足够成熟，可以大规模应用
然而，它们的成本很高，而且一旦失去与二氧化碳的结合性能，就会带来有毒化学物质处理的负担
因此，替代技术非常重要
借助于膜的气体分离正在成为建立可持续社会的关键技术
膜的广泛应用有助于捕获工业过程中排放的大量二氧化碳
与传统的CO2捕获相比，膜气体分离具有成本效益的前景
然而，为了实现大规模经济的CO2捕获，膜需要几个关键特征:CO2通过其结构的快速传输；高CO2选择性(I
e
对其他气体的渗透性较低)；机械强度和耐化学性
此外，膜应该由大量生产的廉价材料组成，因此有机聚合物(传统塑料和橡胶)对工业应用最有吸引力
薄膜复合材料代表了一种特殊的膜结构，为工业应用提供了坚固的结构
这些膜包含多个功能层(由有机聚合物制成)，为大规模CO2捕集提供了良好的解决方案
然而，即使是具有最佳分离性能(高CO2渗透性和高CO2/N2选择性)的基准有机聚合物也不能表现出令人满意的分离性能，因为它们不能形成足够薄、无缺陷和机械稳定的膜
在一项新的研究中，研究人员首次报道了厚度为几纳米的薄选择性层最终是如何实现所需的分离特性的
他们在研究中使用了众所周知的聚合物——聚醚嵌段酰胺(Pebax-1657)作为选择层，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为沟槽层
他们研究了当选择性层的厚度被推到几纳米的极限时，气体分离特性会发生什么
他们报告说，当选择性分离膜层变得非常薄时，它可以与复合结构中的沟槽层形成特定的界面
这种纳米尺度的界面对二氧化碳的选择性出乎意料的高
促进与亲水性选择层的粘附所需的疏水PDMS层的温和和超短等离子体处理揭示了其自身作为控制和调节两种聚合物之间分子界面活性的工具
他们发现这个界面对二氧化碳的选择性有决定性的影响
加上低厚度带来的高渗透率，该膜非常适合工业CO2捕集所需的分离性能领域(例如
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化石燃料发电厂的燃烧后捕获)
这些结果为界面控制的气体分离开辟了一个新的、尚未探索的领域，工程师们可以利用这一领域为各种有用的应用设计更有效的膜
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