拉曼光谱技术助力碳减排的实现（下）

　　在上一期案例中我们向大家介绍了碳基纳米多孔结构由于其相对较高的热稳定性、耐化学性和低成本批量生产潜力，特别适合作为固体胺二氧化碳捕集系统。通过设计高孔隙率，可轻松实现大量胺浸渍，从而高效吸收二氧化碳。

 

　　经济高效的碳捕集解决方案
 

　　还有一种广受关注的节能型碳捕集解决方案是选用了膜过滤器。如何通过纳米多孔单层石墨烯进行气体筛分以实现分子分离，人们针对这项难题已经研究了十多年。近期，洛桑联邦理工学院 (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) 的Kumar Varoon Agrawal教授和他的化学工程师团队研发了一种用于碳捕集的高选择性石墨烯滤膜。这种石墨烯滤膜的碳捕集效率远超市场上现有的碳捕集技术，将每吨二氧化碳的捕集成本降至30美元。
 

　　Agrawal教授的团队设计的高度可控的合成方法可以在石墨烯单层上实现高孔隙率和窄孔径分布 (PSD)。这意味着可以在大小类似的分子之间实现亚埃级分辨率的分子分离能力：CO2/N2；CO2/CH4；O2/N2。这样制成的石墨烯膜表现出优异的筛分性能，具有较高的CO2和O2渗透性。由此可证，石墨烯膜是一种可量产且节能的碳捕集材料。
 

　　他们使用拉曼光谱仪对纳米多孔单层石墨烯 (N-SLG) 薄膜进行了表征，该薄膜是在反应器中使用O3处理合成的。雷尼绍inVia共焦显微拉曼光谱仪具有高灵敏度和快速成像功能，因此能够对纳米多孔单层石墨烯薄膜进行结构表征。拉曼分析结果显示ID/ID'比值低于3，这表明大部分缺陷是石墨的边缘缺陷(如图)。他们还通过快速拉曼成像测量了ID/IG比值，结果表明多孔缺陷是在大面积上均匀产生的。
 

　　图中：通过毫秒级O3气化，在纳米多孔单层石墨烯中精确引入高密度的空位缺陷。(A) 反应器设置示意图。(B) 反应器中的O3脉冲曲线图。(C) 拉曼光谱分析结果，显示了随着O3剂量的增加N-SLG发生的变化。
 

　　新材料助力工业制程脱碳
 

　　工业制程和化石燃料发电等行业的脱碳进程刻不容缓，各种新型功能材料的研发应运而兴。拉曼光谱仪可以帮助研究人员优化纳米结构材料的化学性质和结构。目前针对碳捕集应用正在大力研发各种前景广阔的技术，拉曼光谱分析在解决这项难题方面已经取得了可观成绩，这让我们备受鼓舞。