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拉曼光譜技術(shù)助力碳減排的實(shí)現(xiàn)（下）

2024-05-15 14:01:02來(lái)源：雷尼紹Renishaw 閱讀量：51 評(píng)論

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導(dǎo)讀：拉曼光譜技術(shù)助力碳減排的實(shí)現(xiàn)（下）。

　　在上一期案例中我們向大家介紹了碳基納米多孔結(jié)構(gòu)由于其相對(duì)較高的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和低成本批量生產(chǎn)潛力，特別適合作為固體胺二氧化碳捕集系統(tǒng)。通過(guò)設(shè)計(jì)高孔隙率，可輕松實(shí)現(xiàn)大量胺浸漬，從而高效吸收二氧化碳。
 
　　經(jīng)濟(jì)高效的碳捕集解決方案
 
　　還有一種廣受關(guān)注的節(jié)能型碳捕集解決方案是選用了膜過(guò)濾器。如何通過(guò)納米多孔單層石墨烯進(jìn)行氣體篩分以實(shí)現(xiàn)分子分離，人們針對(duì)這項(xiàng)難題已經(jīng)研究了十多年。近期，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) 的Kumar Varoon Agrawal教授和他的化學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種用于碳捕集的高選擇性石墨烯濾膜。這種石墨烯濾膜的碳捕集效率遠(yuǎn)超市場(chǎng)上現(xiàn)有的碳捕集技術(shù)，將每噸二氧化碳的捕集成本降至30美元。
 
　　Agrawal教授的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的高度可控的合成方法可以在石墨烯單層上實(shí)現(xiàn)高孔隙率和窄孔徑分布 (PSD)。這意味著可以在大小類(lèi)似的分子之間實(shí)現(xiàn)亞埃級(jí)分辨率的分子分離能力：CO2/N2；CO2/CH4；O2/N2。這樣制成的石墨烯膜表現(xiàn)出優(yōu)異的篩分性能，具有較高的CO2和O2滲透性。由此可證，石墨烯膜是一種可量產(chǎn)且節(jié)能的碳捕集材料。
 
　　他們使用拉曼光譜儀對(duì)納米多孔單層石墨烯 (N-SLG) 薄膜進(jìn)行了表征，該薄膜是在反應(yīng)器中使用O3處理合成的。雷尼紹inVia共焦顯微拉曼光譜儀具有高靈敏度和快速成像功能，因此能夠?qū){米多孔單層石墨烯薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。拉曼分析結(jié)果顯示ID/ID'比值低于3，這表明大部分缺陷是石墨的邊緣缺陷(如圖)。他們還通過(guò)快速拉曼成像測(cè)量了ID/IG比值，結(jié)果表明多孔缺陷是在大面積上均勻產(chǎn)生的。
 

 

 

　　圖中：通過(guò)毫秒級(jí)O3氣化，在納米多孔單層石墨烯中精確引入高密度的空位缺陷。(A) 反應(yīng)器設(shè)置示意圖。(B) 反應(yīng)器中的O3脈沖曲線(xiàn)圖。(C) 拉曼光譜分析結(jié)果，顯示了隨著O3劑量的增加N-SLG發(fā)生的變化。
 
　　新材料助力工業(yè)制程脫碳
 
　　工業(yè)制程和化石燃料發(fā)電等行業(yè)的脫碳進(jìn)程刻不容緩，各種新型功能材料的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而興。拉曼光譜儀可以幫助研究人員優(yōu)化納米結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。目前針對(duì)碳捕集應(yīng)用正在大力研發(fā)各種前景廣闊的技術(shù)，拉曼光譜分析在解決這項(xiàng)難題方面已經(jīng)取得了可觀(guān)成績(jī)，這讓我們備受鼓舞。
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