[发明专利]具有规则埃级孔的石墨烯膜

权利要求书

1.一种膜，所述膜包括：

石墨烯单层，所述石墨烯单层包含多个不连续孔，所述多个不连续孔化学穿孔于石墨烯单层中，所述多个不连续孔各自具有基本均一的孔径，所述多个不连续孔各自的特征在于所述石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷，使得所述石墨烯单层各处具有基本均一的孔径。

2.如权利要求1所述的膜，其中，所述多个不连续孔各自的特征在于所述石墨烯单层中的至少约两个碳空位缺陷。

3.如权利要求1所述的膜，其中，所述石墨烯单层的特征在于，H₂:CH₄的分离选择性为至少200:1。

4.如权利要求1所述的膜，其中，所述多个不连续孔的特征在于，最小间隔为至少约4埃。

5.如权利要求1所述的膜，所述膜还包括与所述石墨烯单层接触的可渗透性基板，其中，所述可渗透性基板包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烃、聚芳酰胺、芳族聚酯、碳纤维、聚砜、聚醚砜、金属网和/或多孔陶瓷中的一种或多种。

6.一种在石墨烯单层中形成多个不连续孔的方法，所述方法包括：

使由R-Het*表示的化合物与所述石墨烯单层上的多个位置接触，其中：

Het*为氮烯或活化氧；

R为-R^a、-SO₂R^a、-(CO)OR^a或-SiR^aR^bR^c之一；并且

R^a、R^b和R^c独立地为芳基或杂芳基；

在所述多个位置中的相邻位置之间提供至少为r_R的间隔距离，其中r_R为R的最小空间半径；

使所述由R-Het*表示的化合物与在所述多个位置的每一处的至少一个石墨烯碳原子C_g反应，以在由[R-Het-C_g]_p石墨烯表示的所述石墨烯单层上形成多个即p个杂原子-碳部分；和

通过除去多个所述由R-Het-C_g表示的杂原子-碳部分而在所述石墨烯单层中形成多个不连续孔，其中，所述多个不连续孔的特征在于所述石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷，所述碳空位缺陷通过从所述多个位置除去所述石墨烯碳原子C_g而界定出，使得所述石墨烯单层各处具有基本均一的孔径。

7.如权利要求6所述的方法，其中：

Het*为氮烯；并且

在所述石墨烯单层上的所述多个杂原子-碳部分各自为由结构式502表示的具有取代基的氮杂环丙烷：

502

8.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括通过使由R-N₃表示的叠氮化物前体在适于将叠氮化物转化为氮烯的热解或光解条件下反应而制备R-Het*，其中，Het*为氮烯。

9.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括通过使由R-N-OSO₂-R^f表示的叠氮化物前体与碱反应而制备R-Het*，其中，R^f为甲磺酸酯基团、三氟甲磺酸酯基团、溴苯磺酸酯基团、甲苯磺酸基团或硝基苯磺酸酯基团，其中Het*为氮烯并且R为-(CO)OR^a。

10.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括使多个所述R基团断裂，从而在所述石墨烯单层上产生各自由结构式504表示的多个N-H氮杂环丙烷部分：

504

11.如权利要求7所述的方法，其中，R为-SiR^aR^bR^c并且所述多个R基团通过使由结构式I表示的各具有取代基的氮杂环丙烷与下述物质之一接触而断裂：氟化季铵；烷基磺酸；芳基磺酸；三氟甲磺酸；碱金属氢氧化物；或氧化剂。