Two-dimensional material membranes for gas separation and their applications

二维材料气体分离膜由于其独特的分子输运特性，在渗透率、选择性方面表现出优于传统薄膜的优势，具有巨大的发展潜力。石墨烯类、二维金属有机骨架、MXene等二维材料中存在的亚纳米尺度空间为分子输运提供了特殊的通道，包括纳米孔和纳米通道，它们是高渗透性和高选择性分子筛选的根本原因。然而，二维材料薄膜在复杂工业环境中的不稳定性、难以进行大面积制备等使其实际应用受到了很大的局限性，目前二维材料膜尚未大规模应用于工业生产中。本文选择性地对当前研究的热点二维材料气体分离膜研究现状进行总结，同时对它们在CO₂捕获和分离、H₂分离和提纯、天然气提氦等领域的具体应用进行阐述，并且探讨了二维材料气体分离膜当前所面临的挑战与未来发展前景。