下一代碳捕集依赖于能够同时实现分子级厚度、精确纳米孔调控和卓越机械鲁棒性的膜材料，这是膜科学领域长期存在的三难困境。在此，我们报道了石墨烯-无定形碳（GAC）双层膜，通过石墨烯引导的聚合物转化方法克服了这一挑战。利用超铺展效应，我们在石墨烯上均匀涂覆了一层超光滑的聚合物衍生碳层，厚度薄至2 nm，从而获得了优异的机械强度，杨氏模量约为26.80 GPa。同时，聚合物前驱体在石墨烯上的受控热解生成了含有高精度、窄分布超微孔的碳网络，这一点已通过原子分辨率电子显微镜得到证实。所制备的GAC膜表现出锐利的分子筛分性能（CO₂/N₂ > 60，H₂/CO₂ > 70，CO₂/CH₄ > 70），同时具有高达5000 GPU的极高CO₂渗透率，超越了当前最先进的膜材料。这种通常相互冲突的性能组合使得能够从烟气、合成气和天然气流中高效捕集碳，确立了GAC膜作为可持续分子分离的通用且节能平台的地位。
关键词：石墨烯，无定形碳，膜分离，碳捕集。
图1 | GAC纳米膜中孔的结构表征。 a，具有广泛分布孔的单层膜示意图。b，具有精确孔的GAC双层膜示意图。c，d，2秒等离子体刻蚀后SLG的AC-HRTEM图像及相应的孔径分布。e，f，GAC膜的AC-HRTEM图像及模拟孔径分布。g-j，不同温度热解后GAC膜上孔结构的AC-STEM（最优明场STEM）图像，标尺为1 nm。部分孔已被测量并标记。k，l，直接涂覆在铜上的4 nm厚GAC膜和无定形碳膜的XPS分析。m，n，直接涂覆在铜上的4 nm厚GAC膜和无定形碳膜的拉曼分析。
