Elucidating molecular transport behavior in vertically‐aligned 2D nanochannels of graphene‐based lamellar membranes

渗透 层状结构 分子 化学物理 石墨烯 材料科学 分子动力学 纳米技术 化学工程 化学 计算化学 复合材料 有机化学 渗透 生物化学 工程类
作者
Yongzheng Wang,Siyu Liu,Jingjing Chen,Chongchong Chen,Xiaoli Wu,Zhirong Yang,Jie Zhang,Jingtao Wang
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aic.18346
摘要

Abstract Two‐dimensional (2D) nanochannels with confined spacing and tunable microenvironment exhibit broad application prospects in molecule‐scale processes. However, mass transport behaviors in nanochannels have yet been clearly elucidated, due to the complex physical and chemical structures of nanochannels. Herein, a series of vertically‐aligned nanochannels with tunable chemistry were fabricated by embedding graphene‐based lamellar membranes into epoxy matrix. In this way, 2 mm‐length robust nanochannels can maintain the molecular transport configuration throughout the membrane without the disturbance from entrance and cross‐layer domains. Based on these platforms, it is demonstrated that molecule–channel and molecule–molecule interactions codetermine molecular transport efficiency by controlling molecular configuration and transfer friction. Significantly, matched interaction energies permit fast transport with methanol permeance of over 26.1 L m −2 h −1 bar −1 , which outperforms most reported long‐range nanochannels, while mismatched interaction energies fail to do so. In addition, the vertically‐aligned nanochannels membranes hold exceptional stability because of the mechanical protection of epoxy.

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