具有规则埃级孔的石墨烯膜的制作方法

具有规则埃级孔的石墨烯膜的制作方法
【专利摘要】本发明主要描述了关于穿孔石墨烯单层及含有穿孔石墨烯单层的膜的技术方案。本发明的示例性膜可以包括下述石墨烯单层，所述石墨烯单层具有多个不连续孔，所述多个不连续孔化学穿孔于石墨烯单层中。不连续孔可以具有基本均一的孔径。该孔径的特征在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷。石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。在一些实例中，膜可以包括可渗透性基板，所述基板与石墨烯单层接触并且可以支持石墨烯单层。与气体分离用常规聚合膜相比，这种穿孔石墨烯单层和包含这种穿孔石墨烯单层的膜可以表现出改进的性质，例如更高的选择性或更高的气体透过率等。
【专利说明】具有规则埃级孔的石墨烯膜

【背景技术】
[0001]除非本文中另外指出，否则本节中所描述的材料并不构成本申请中权利要求的现有技术，并且不因包含于本节中而认为其是现有技术。
[0002]多孔石墨烯被认为是理想的气体分离用膜。理论和实验研究表明，石墨烯晶格中的原子级孔穴可以提供显著的基于分子尺寸分离气体的选择性。此外，一个原子厚的单层石墨烯是理想的备选物，因为通过膜的气体透过率随膜厚的降低而升高。
[0003]因此，例如在分离高温合成的气体时，多孔石墨烯膜因其显著优于常规聚合膜的潜力而正得到关注。例如，用于产生氢(由水产生)和二氧化碳的“变换反应(shiftreact1n) ”可以在高于400°C的温度进行。由于目前不存在在远低于如此高的温度下以单一操作有效纯化氢的膜，因此当前的氢纯化可能包括资金和能量密集型操作，如冷却以及除水、二氧化碳和其他杂质等。
[0004]具有均一尺寸孔的石墨烯膜可以以单一操作有效地纯化来自“变换反应”的氢。不过，虽然多孔石墨烯在小规模学术研究中已显示了引人关注的性能，但是当前的制备方法尚不能制备具有均一尺寸孔的石墨烯膜。已知的多孔石墨烯实例已采用物理法产生，例如用电子或离子束破坏石墨烯表面，然后使缺陷氧化膨胀而产生孔。这种方法已经产生了带孔的多孔石墨烯膜，所述孔在整个膜上的尺寸和面密度显著不同。
[0005]本发明意识到，例如用于分离膜的多孔石墨烯的制备可能是一项复杂的任务。


【发明内容】

[0006]下述
【发明内容】
只是示例性的，绝不以任何方式意在进行限制。除所述说明性方面、实施方式和特征之外，通过参照附图和下述【具体实施方式】，其他方面、实施方式和特征也将显而易见。
[0007]本发明主要描述了穿孔石墨烯单层，和包括穿孔石墨烯单层的膜。示例性膜可以包括具有多个不连续孔的石墨烯单层，所述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可以具有基本均一的孔径，所述多个不连续孔各自的特征在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位，从而使石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。
[0008]本发明还主要描述了在石墨烯单层中形成多个不连续孔的示例性方法。一个示例性方法可以包括使由R-Het*表示的化合物与石墨烯单层的多个位置接触。Het*可以是氮烯或活化氧(activated oxy)。R 可以是-Ra、_S02Ra、-(CO) ORa 或-SiRaRbRc 之一。Ra、Rb 和Re可以独立地为芳基或杂芳基。一些示例性方法也可以包括在所述多个位置中的相邻位置之间设置至少rK的间隔距离，其中rK可以是R的最小空间半径。不同的示例性方法也可以包括使由R-Het*表示的化合物与所述多个位置的每一处的至少一个石墨烯碳原子Cg反应，以在由[R_Het-Cg]p石墨烯表示的石墨烯单层中形成多个(P个)杂原子-碳部分。所述方法还可以包括通过除去多个由R-Het-Cg表示的杂原子-碳部分而在石墨烯单层中形成多个不连续孔。所述多个不连续孔的特征可以在于石墨烯单层中的多个碳空位缺陷，所述多个碳空位缺陷通过从所述多个位置除去石墨烯碳原子Cg而界定出。石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。
[0009]本发明还主要描述了从流体混合物中分离化合物的方法。一个示例性方法可以包括提供含有第一化合物和第二化合物的流体混合物。一些示例性方法也可以包括提供包含石墨烯单层的膜，所述石墨烯单层可以经化学穿孔有多个不连续孔。多个不连续孔各自的特征可以在于为一个或多个碳空位缺陷，从而使石墨烯单层各处具有基本均一的孔径。多个不连续孔各自的特征可以在于下述直径，所述直径可以具有使第一化合物而非第二化合物通过的选择性。不同的示例性方法也可以包括使流体混合物与石墨烯单层的第一表面接触。示例性方法可以还包括将第一化合物导引通过所述多个不连续孔，以将第一化合物与第二化合物分离。
[0010]本发明还主要描述了示例性膜。示例性膜可以通过下述工序制备，所述工序包括使由R-Het*表示的化合物与石墨烯单层的多个位置接触。Het*可以是氮烯或活化氧。R可以是-Ra、-S02Ra、_ (CO) ORa或-SiRaRbRe之一。Ra、Rb和R。可以独立地为芳基或杂芳基。一些示例性膜可以通过下述工序制备，所述工序还包括在所述多个位置中的相邻位置之间提供至少rK的间隔距离，其中可以是R的最小空间半径。示例性膜可以通过下述工序制备，所述工序还包括使由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Cg反应，以在由[R-Het-Cg]p石墨烯表示的石墨烯单层形成多个(P个)杂原子-碳部分。示例性膜可以通过下述工序制备，所述工序还包括通过除去多个由R-Het-Cg表示的杂原子-碳部分而在石墨烯单层中形成多个不连续孔。多个不连续孔的特征可以在于石墨烯单层中的多个碳空位缺陷，所述多个碳空位缺陷通过从所述多个位置除去石墨烯碳原子Cg而界定出。石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。
[0011]本发明还主要描述了用于制备具有基本均一的孔的石墨烯膜的系统。该系统可以包括:试剂活化器，其用于由前体试剂制备活化试剂；试剂施加器，其被构造为使活化试剂与石墨烯单层的多个位置接触；反应室，其被构造为保持石墨烯单层；加热器，其被构造为使石墨烯单层的多个杂原子-碳部分热断裂从而形成穿孔石墨烯单层；和支持基板施加器，其被构造为使穿孔石墨烯单层与支持基板接触。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]参照附图并借由以下描述和所附权利要求，本发明的上述和其他特征将变得更充分明显。应理解这些附图描绘的仅是本发明的几个实施方式因而不能认为其限制本发明，且本发明将因利用附图而描述得更加具体而详细，其中:
[0013]图1A是示例性石墨烯单层的概念图，其说明了碳原子的六方晶格和石墨烯的芳族键特征；
[0014]图1B是示例性石墨烯单层的概念图，其显示了拟从多个位置除去的一个石墨烯碳原子；
[0015]图1C是示例性穿孔石墨烯单层的概念图，所述石墨烯单层包含多个不连续孔，所述不连续孔可以具有基本均一的孔径，其特征在于各孔处的一个碳空位缺陷；
[0016]图1D是示例性石墨烯单层的概念图，其显示了拟从多个位置的每一处除去的石墨烯碳原子；
[0017]图1E是示例性穿孔石墨烯单层的概念图，所述石墨烯单层包含多个不连续孔，所述不连续孔可以具有基本均一的孔径，其特征在于各孔处的两个碳空位缺陷；
[0018]图2A是示例性膜的侧视概念图，所述示例性膜包括与可渗透性基板接触的示例性穿孔石墨烯单层；
[0019]图2B是示例性膜的侧视概念图，其说明了分离两种化合物的流体混合物的方法；
[0020]图3A是显示在石墨烯单层中形成多个不连续孔的方法的概念图，其包括相邻试剂之间的空间相互作用；
[0021]图3B是显示附加操作的概念图，所述附加操作可以包括于在石墨烯单层中形成多个不连续孔的方法中；
[0022]图4图示的是与图3A和图3B中显示的总体方案相对应的示例性反应方案；
[0023]图5A图示的是下述示例性反应方案，其中示例性石墨烯单层可以与多个具有取代基的氮烯自由基接触；
[0024]图5B图示的是下述示例性反应方案，所述方案可以用于由氮烯试剂形成含有单碳空位缺陷的孔；
[0025]图5C图示的是下述示例性反应方案，所述方案可以用于由氮烯试剂形成含有双碳空位缺陷的孔；
[0026]图图示的是下述示例性反应方案，所述反应方案在由活化氧试剂形成含有双碳空位缺陷的孔的过程中采用1，2 二醚形成1，2 二醇中间化合物；
[0027]图5E图示的是下述示例性反应方案，所述反应方案在由活化氧试剂形成含有双碳空位缺陷的孔的过程中采用1，2 二酯部分形成1，2 二醇中间化合物；
[0028]图6是显示多个操作的流程图，所述操作可用于制造示例性穿孔石墨烯单层或其膜；
[0029]图7是可用于制造示例性穿孔石墨烯单层的自动化机器700的框图；
[0030]图8示出了可用于控制图7的自动化机器制造示例性穿孔石墨烯单层或其膜的通用计算设备；
[0031]图9示出了可用于控制图7的自动化机器或类似制造设备制造示例性穿孔石墨烯单层或其示例性膜的示例性计算机程序产品的框图；
[0032]所有这些附图根据本文所述的至少一些实施方式而设置。

【具体实施方式】
[0033]在以下【具体实施方式】中参照了形成其一部分的附图。在图中，相同的符号通常指示相同的组成部分，除非上下文另外指出。【具体实施方式】、附图和权利要求中所描述的说明性实施方式并非意在限制。在不背离本文所呈现的主题内容的主旨或范围的情况下，可以利用其它的实施方式，也可以进行其它变化。容易理解的是，如本文一般性描述并如附图图示的本发明的各方面可以以各种不同设置进行排列、替换、合并、拆分和设计，而这些均在本文中得到明确预期。
[0034]本发明尤其主要涉及与制造或使用穿孔石墨烯(例如作为可用于气体分离的膜的一部分)有关的组合物、方法、装置、系统、设备和/或计算机程序产品。
[0035]简言之，本发明主要描述了可包括石墨烯单层的膜的技术，所述石墨烯单层具有多个不连续孔，所述不连续孔可化学穿孔于石墨烯单层中。不连续孔可以具有基本均一的孔径。孔径的特征可以在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷。石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。在一些实例中，膜可以包括可渗透性基板，所述基板接触石墨烯单层并且可以支持石墨烯单层。与常规的气体分离用高分子膜相比，此类穿孔石墨烯单层和包含此类穿孔石墨烯单层的膜可以表现出改进的性质，例如更高的选择性或更高的气体透过率等。
[0036]图1A是示例性石墨烯单层100的概念图。图1A示出了石墨烯的碳原子六方晶格和芳族键特征。在本文所述的示例性石墨烯单层中，例如单层100中，碳-碳双键的设置意在说明石墨烯，并意在进行限制。
[0037]图1B是示例性石墨烯单层100的概念图，其显示了拟从示例性石墨烯单层100中的多个位置除去的一个石墨烯碳原子102。除去石墨烯碳原子102将形成图1C中的示例性石墨烯单层106。图1B还显示了示例性石墨烯单层100中相邻位置之间的最小空间间隔104。最小空间间隔104也可以对应于围绕石墨烯碳原子102的圆105的直径。圆105可以对应于大尺寸(bulky)化学穿孔剂R-Het*中R基团的最小空间半径rK。使用大尺寸试剂R-Het*的化学穿孔法将在图4A?5E的讨论中进一步描述。
[0038]图1C是示例性穿孔石墨烯单层106的概念图。多个不连续孔108经化学穿孔于示例性石墨烯单层106中。不连续孔108可以具有基本均一的孔径，其特征在于石墨烯单层106中的一个或多个碳空位缺陷。在不同实例中，各不连续孔108可以包含氢钝化的碳原子110。图1C还显示了相邻不连续孔108之间的最小空间间隔104。最小空间间隔104也可以对应于围绕不连续孔108的圆105的直径。
[0039]图1D是示例性石墨烯单层112的概念图，其显示了拟从示例性石墨烯单层112中多个位置的每一处除去的石墨烯碳原子114和116，以形成图1E中的示例性石墨烯单层120。图1D还显不了不例性石墨稀单层112中相邻位直之间的最小空间间隔118。最小空间间隔118也可以对应于围绕石墨烯碳原子114和116的圆119的直径。圆119可以对应于大尺寸(bulky)化学穿孔剂R-Het*中R基团的最小空间半径rK。使用大尺寸试剂R-Het*的化学穿孔法将在图4A?5E的讨论中进一步描述。
[0040]图1E是示例性穿孔石墨烯单层120的概念图。多个不连续孔122在示例性石墨烯单层120中进行化学穿孔。多个不连续孔122各自可以具有基本均一的孔径，其特征在于石墨烯单层120中的两个以上碳空位缺陷。在不同实例中，各不连续孔120可以包含氢钝化的碳原子124。图1E还显示了相邻不连续孔122之间的最小空间间隔118。最小空间间隔118也可以对应于围绕不连续孔122的圆119的直径。
[0041]本文所用的“石墨烯” 一般指碳的平面同素异形体，其特征在于可以通过芳族碳-碳键连接的碳原子六方晶格，例如，如图1A中的石墨烯100所示。本文所用的石墨烯“单层” 一般可以是石墨烯的一个碳原子厚的层。在一些实例中，石墨烯单层可以包含一些非芳族碳，例如，一些碳可以用氢钝化，并可以通过非芳族碳-碳单键与其他碳键合。本文所用的“穿孔石墨烯单层”一般可以指下述石墨烯单层，所述石墨烯单层包括多个透过该石墨烯单层的不连续孔。不连续孔可以完全穿透石墨烯单层。不连续孔可使芳族或分子物种能够有选择地从石墨烯单层的一侧穿到石墨烯单层的另一侧。本文所用的石墨烯中经“化学穿孔”的孔可以是通过从石墨烯晶格中有选择地除去一个或多个碳原子而形成的制备特征物，例如图1B与IC中显示的穿孔，或者图1D与IE中显示的穿孔。例如，芳族或分子物种可以与石墨烯在下述过程中反应，所述过程可以引发从石墨烯晶格中有选择地除去一个或多个碳原子。所述孔的示例性制备程序将在图3A?5E的讨论中进一步描述。
[0042]本文所用的石墨烯单层中的“不连续”孔通过至少一个中间的碳-碳键，或者在一些实例中通过至少一个中间的六元石墨烯环而彼此区分。例如，在图1C中，不连续孔108A和108B通过至少四个六元环或至少五个碳-碳键分隔开。同样，例如，在图1C中，不连续孔108C可以通过至少三个六元环或至少四个碳-碳键与不连续孔108A和108B各自分隔开。在另一实例中，在图1E中，不连续孔122A和122B通过至少四个六元环或至少五个碳-碳键分隔开。同样，例如，在图1E中，不连续孔122C可以通过至少三个六元环或至少四个碳-碳键与不连续孔122A和122B各自分隔开。
[0043]本文所用的“最小空间间隔” 一般可以指相邻不连续孔中心之间的距离，如图1C中的距离104或图1E中的距离118。例如，对应于至少一个中间的碳-碳键的最小空间间隔可以为至少约I埃。在一些实例中，对应于至少一个中间的六元石墨烯环的最小空间间隔可以为至少约4埃。在不同实例中，最小空间间隔可以为约I埃?约100埃，例如至少约I埃、2埃、3埃、4埃、5埃、6埃、7埃、8埃、9埃、10埃、12.5埃、15埃、20埃、25埃、35埃或50埃。本文所用的“最小空间间隔”可以一般指用于制造不连续孔的大尺寸化学穿孔剂R-Het*中R基团的最小空间半径rK的两倍。利用大尺寸试剂R-Het*的化学穿孔法以及R基团和最小空间半径rK的详细情况将参照图3A?5E作进一步一般性描述。
[0044]在不同实例中，孔的特征可以在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷，使得石墨烯层各处具有基本均一的孔径。在一些实例中，孔各自的特征可以在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷，使得各处的孔具有与碳空位缺陷基本相同的数量。
[0045]本文所用的“碳空位缺陷”可以是石墨烯单层中的孔，与不具有碳空位缺陷的石墨烯单层相比，由一个或多个碳原子的缺失可以界定所述孔。
[0046]本文所用的“基本均一的孔径”是指不连续孔的特征可以在于每个不连续孔具有基本相同数量的一个或多个碳空位缺陷。例如，图1C中，不连续孔108的特征在于单碳空位缺陷，所述单碳空位缺陷对应于图1B中石墨烯单层100的碳原子102缺失。在另一实例中，在图1E中，不连续孔122的特征在于双碳空位缺陷，所述双碳空位缺陷对应于图1D中石墨烯单层100的碳原子114和116缺失。在不同实例中，具有基本均一孔径的不连续孔可以具有其下述碳空位缺陷，所述碳空位缺陷在各不连续孔内以基本相同的相对晶格位置排列。例如，包括六个碳空位缺陷的多个基本均一的孔各自可以对应于在六方石墨烯晶格中除去碳原子的六元环。在另一实例中，包括六个碳空位缺陷的多个基本均一的孔各自可以对应于在六方石墨烯晶格中除去碳原子的六元交叉(staggered)直链。
[0047]本文所用的“各处基本均一的孔径”是指穿孔石墨烯单层中的不连续孔有至少约80 %可以具有基本均一的孔径。在不同实例中，穿孔石墨烯单层中可以具有基本均一孔径的不连续孔的百分比可以为:约85%、约90%、约95%、约96%、约97%、约98%、约99%、约99.5 %或约99.9 %。在一些实例中，穿孔石墨烯单层中的所有不连续孔可以具有基本均一的孔径。
[0048]本文所用的关于多个不连续孔的“基本相同数量的一个或多个碳空位缺陷”是指所述不连续孔彼此有至多约3个碳空位缺陷的差别。例如，具有基本相同数量的一个或多个碳空位缺陷的多个孔可以每个孔具有I?3个碳空位缺陷。在不同实例中，不连续孔的碳空位缺陷数量可以相差约3个、约2个或约I个。在一些实例中，多个不连续孔各自具有相同数量的碳空位缺陷。例如，在图1C中，不连续孔108的特征在于每个孔具有单碳空位缺陷。在另一实例中，在图1E中，不连续孔122的特征在于每个孔具有双碳空位缺陷。在其他一些实例中，穿孔石墨烯单层中的不连续孔有至少约80%可以具有相同的碳空位缺陷。在不同实例中，穿孔石墨烯单层中可以具有相同数量碳空位缺陷的不连续孔的百分比可以为:约 85%、约 90%、约 95%、约 96%、约 97%、约 98%、约 99%、约 99.5%或约 99.9%。在一些实例中，穿孔石墨烯单层中的所有不连续孔可以具有相同数量的碳空位缺陷。
[0049]本文所用的关于“基本相同数量的一个或多个碳空位缺陷”的碳空位缺陷的“数量”是指约一个或多个碳缺陷，或者在一些实例中是指至少约2个碳缺陷。
[0050]图2A是示例性膜200的侧视概念图，所述示例性膜200包括被构造为与可渗透性基板202接触的穿孔石墨烯单层106。穿孔石墨烯单层106可以包含不连续孔108。诸如可渗透性基板202等基板可以被构造为接触如106等示例性穿孔石墨烯单层的一侧或两侧。
[0051]本文所用的例如可渗透性基板302等“可渗透性基板”可以是可用于对如106等穿孔石墨烯单层提供支持的任何材料。本文所用的“可渗透性基板”对于横穿穿孔石墨烯单层中的不连续孔的至少一种原子或分子物种而言是可渗透的。适当的可渗透性基板可以包括“溶解-扩散”固体膜，所述固体膜可使原子或分子物种扩散通过可渗透性基板的固体材料。适当的可渗透性基板也可以被构造为具有孔、空隙或通道等的多孔膜、非织造材料或过滤器，原子或分子物种可以运动通过所述孔、空隙或通道等。适当的可渗透性基板用材料可以包括例如聚乙烯(包括超高分子量聚乙烯)、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、聚砜和/或聚醚砜中的一种或多种。适当的可渗透性基板也可以包括金属筛和多孔陶瓷。在不同实例中，适当的可渗透性基板用聚合物材料的特征可以在于以下最低截留分子量:约1，000，000道尔顿；约500，000道尔顿；约250，000道尔顿；或约100，000道尔顿。在一些实例中，适当的可渗透性基板可以包括特征在于最大截留分子量为约100，000道尔顿的聚醚砜膜。
[0052]图2B是示例性膜200的侧视概念图，所述示例性膜200可以包括与可渗透性基板202接触设置的穿孔石墨烯单层106。穿孔石墨烯单层106可以包含不连续孔108。图2B中，膜200将腔室204与腔室206分隔开。腔室204可以被构造为容有两种化合物208和210的流体混合物。室206可以被构造为用于接收化合物208和210之一的纯化选择物。图2B图示了所述流体混合物，其包含由黑色实心圆表示的第一化合物208和由白色实心圆表示的第二化合物210。第一和第二化合物也可以包括原子或化学性质上的一种或多种差另O，如元素组成、同位素组成、分子结构、尺寸、质量、疏水性、极性、极化性或电荷分布等上的差别。例如，第一化合物208可以比第二化合物210小，如图2B中实心圆的相对尺寸所表示的那样。在一些实例中，如108等不连续孔各自的特征可以在于以下直径，所述直径具有使第一化合物而非第二化合物通过的选择性。所述直径可以基于原子或化学性质上的一种或多种差别而选择使第一化合物208而非第二分子210通过，所述原子或化学性质例如尺寸、离子性质或对示例性膜的化学亲合性等。
[0053]化合物208和210的流体混合物可以接触膜200。第一化合物208可以由腔室204通过孔108导引至腔室206中，以将第一化合物208与第二化合物210分离。第一化合物208可以通过采用横跨石墨烯单层的梯度而经导引通过不连续孔108。梯度可以包括一种或多种性质差别，如温度、压力、浓度、电场或电化学电势的差别。
[0054]本文所用的“流体混合物”可以是任意流体相，例如气相、液相或超临界相，其可以至少包含第一分子物种和第二分子物种，例如化合物208和210。在不同实例中，流体混合物可以包括:气体的混合物；蒸汽在气体中的混合物；液体的混合物；气体溶解在液体中的溶液；固体溶解在液体中的溶液；或气体、液体或固体在超临界流体中的溶液；等等。在一些实例中，流体混合物可以与两种以上不同化合物的其他相接触。例如，包含流体相二氧化碳作为化合物之一的流体混合物可以与固相二氧化碳接触。
[0055]第一和第二化合物可以包括由单原子例如氦、氖、氩、氪、氙和氡构成的化合物。化合物也可以包括通过一个或多个共价键、离子键或配位键等连接的两个以上原子的化合物。例如，适当的分子可以包括水、氢、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氧化氮、C1-C4烷烃、硅烷、有机溶剂或齒代酸。本文所用的“有机溶剂”是碳基化合物，所述化合物在约25°C的温度和约Iatm的气压下通常为液态。有机溶剂可以包括例如乙腈；醇，如甲醇、乙醇、丙醇、2-丙醇、1- 丁醇、叔丁醇、乙二醇或丙二醇等；烷烃，如戊烷、己烷、庚烷、环戊烷、环己烷或环庚烷等；醚，如二甲醚、二乙醚、四氢呋喃、甘醇二甲醚或二甘醇二甲醚等；卤代溶剂，如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳或三氯乙烯等；芳族化合物，如苯、甲苯或二甲苯等；或极性非质子溶剂，如二甲亚砜或二甲基甲酰胺等。
[0056]在一些实例中，第二分子可以是液体，例如，水或有机溶剂，并且第一分子可以是溶解于该液体中的共价型或离子型分子化合物。
[0057]在一些实例中，一种分子可以是极性液体，如水，而另一种分子可以是包含阳离子和阴离子的盐。盐的阳离子的实例可以包括金属阳离子，例如碱金属阳离子，如锂、钠或钾等；碱土金属阳离子，如钙或镁等；过渡金属阳离子，如铜、铁、镍、锌或锰等；其他族金属阳离子，如铝阳离子；等等。盐的阴离子的实例可以包括但不限于氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、氯酸根、溴酸根、碘酸根、高氯酸根、高溴酸根、高碘酸根、氢氧根、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根和磷酸根等。在一些实例中，流体混合物可以是天然水源，如海水或地下水，其中可以采用穿孔石墨烯膜将水与如氯化钠等天然溶质和/或如作为人造污染物的分子等非天然溶质分离。
[0058]本文所用的“分离选择性”是指特定原子或分子物种对(例如图2B中的分子208和210)之间经穿孔石墨烯单层的渗透率之比。例如，已经描述了对于特征为孔直径约2.5埃的一个原子厚的单层的理论计算；所计算的氢渗透率除以所计算的甲烷渗透率之比为123:1。相比而言，当前已知的“溶解-扩散”聚合物膜的氢与甲烷的分离选择性为约150:1。本文所述的穿孔石墨烯单层的特征可以在于分离选择性，例如图1C中的穿孔石墨烯单层106、图1E中的120以及图2A和图2B的膜200中的106。例如，如106等示例性石墨烯单层可以包含每个孔约I个碳空位缺陷。穿孔石墨烯单层106的氢:甲烷分离选择性的特征可以在于分子氢(H2)与甲烷(CH4)的渗透率之比。在一些实例中，氢:甲烷分离选择性可以为至少约200:1，或在不同实例中，为约200:1?123:1，例如至少约为:103:1 ；104:1 ；15:1 ；106:1 ；109:1 ；1012:1 ；1015:1 ；1018:1 ;或 121Ilo
[0059]图3A是显示在石墨烯单层100中形成多个不连续孔108以形成穿孔石墨烯单层106的方法的概念图。图3A显示了石墨烯单层100的侧视图。试剂R-Het*可以接触如石墨烯单层100等石墨烯单层的多个位置。该试剂可以以如固态、液态或气态、溶液中的溶质或悬浮液中的颗粒等任何适当的形态接触石墨烯单层。可以通过任何适当方式使该试剂与石墨烯单层接触，例如通过:浸入；旋涂；浸涂；选择性涂布，例如通过喷墨式喷嘴涂覆；升华或凝结；化学气相沉积；等等。
[0060]图3A还显示了在石墨烯单层100上，由R-Het*表示的试剂可以与多个位置的每一处的至少一个石墨烯碳原子Cg(例如Cg304和306)反应。该反应在改性石墨烯单层100’中形成由R-Het-Cg300和302表示的杂原子-碳部分。改性石墨烯单层100’可以由式[R-Het-Cg]p石墨烯表示，其中P表示所述多个位置中的位置数量。
[0061]图3A还显示，在石墨烯单层100’上，相邻位置的R-Het-Cg300和302之间的空间相互作用提供了最小间隔距离104。可以将图3A中显示的侧视图与图1B和IC中显示的俯视图相对照。可以选择图3A中由阴影球表示的R基团，以提供最小空间半径rK。短语“最小空间半径rK”是指提供至少约2*rK的最小间隔距离104的各R基团的相对定位。图3A中表示R基团的阴影球对应于图1B、1C、1D和IE中显示的圆105和119。利用R基团提供的最小空间距离104可以充分减少R-Het-Cg修饰(derivitize)石墨烯中相邻碳-碳键的几率。在不同实例中，空间相互作用可以将Het-Cg键彼此隔离。在各种实例中，空间相互作用可以引发不连续孔形成，由此使通过除去Het-Cg而产生的石墨烯碳自由基不太可能结合或重排至较大的孔中。
[0062]由R 表示的基团可以是 _Ra、-SO2Ra, - (CO) ORa 或-SiRaRbIT 之一；其中 Ra、Rb 和 IT各自独立地为烷基、芳基、杂芳基、芳烷基或杂芳烷基。在不同实例中，由Ra、Rb和Rci表示的烷基、芳基、杂芳基、芳烷基和杂芳烷基可以具有取代基或不具有取代基。在一些实例中，由Ra、Rb和IT表示的基团可以不具有取代基。
[0063]基团Het*可以是任何下述杂原子基团，所述基团与石墨烯中的碳Cg或碳-碳双键Cg = Cg反应，形成例如由R_Het_Cg300和302表不的杂原子_碳部分。由Het*表不的杂原子基团的实例可以包括氮烯自由基或活化氧基团，如氧自由基、氧阴离子、羟基、羧基或羧酸根；等等。由R-Het*表示的活化杂原子试剂可以通过使由R-Het表示的前体化合物活化而制备。使杂原子基团与石墨烯反应的不同实例在图5A、5B、5CjD和5E的描述中进行讨论。
[0064]图3A还显示，包含不连续孔108的穿孔石墨烯单层106可以通过除去改性石墨烯单层100’上由R-Het-Cg300和302表示的杂原子-碳部分而形成。不连续孔108的特征在于石墨烯单层中的碳空位缺陷，所述碳空位缺陷通过从多个位置除去石墨烯碳原子Cg而界定出，从而使石墨烯单层各处具有基本均一的孔径。
[0065]图3B是显示附加操作的概念图，所述附加操作可以包括于在石墨烯单层100中形成多个不连续孔108以形成穿孔石墨烯单层106的方法中。例如，图3B显示了使前体R-Het活化以形成活化剂R-Het*的操作。在附加操作的另一实例中，图3B显示，由R-Het-Cg300和302表示的杂原子-碳部分可以通过采用附加操作除去。例如，如图3A所示，可以除去R基团以提供基团H-Het*-Cg301和303，随后除去H_Het*-Cg301和303并用氢钝化，以在穿孔石墨烯单层106中提供不连续孔108。
[0066]图4图示了与图3A和图3B中显示的总体方案相对应的示例性反应方案。图4中，与图3A和3B中的R-Het相对应的三甲基甲硅烷基叠氮化物400可以首先进行加热或光解，产生活化的三甲基甲硅烷基氮烯自由基402。例如，可以将石墨烯404置于真空反应室中。三甲基甲硅烷基叠氮化物400可以脱气并蒸发至约0.1托?约10托，例如约I托的压力。所述腔室可以在约150°C?约250°C，例如约200°C加热。三甲基甲硅烷基氮烯自由基402可以与石墨烯404中的碳碳双键反应，形成与图3A和3B中的R-Het-Cg相对应的三甲基甲硅烷基氮杂环丙烷化合物406。参照图3A，R-Het-Cg300和302中的Het基团与至少一个碳原子Cg键合。在图4所示的实例中，氮烯自由基键合于两个碳，以在化合物406中形成三元氮杂环丙烷环。图4中的具体实例也显示，与R相对应的化合物406中的三甲基甲硅烷基团可以利用如四丁基氟化铵等氟离子源而断裂，从而在化合物408中形成N-H氮杂环丙烷环。
[0067]图5A图示了与图3A和图3B中显示的总体方案的一部分相对应的示例性反应方案。石墨烯单层500可以与多个具有取代基的氮烯自由基501接触。石墨烯单层500中的多个碳-碳双键Cg = Cg可以与具有取代基的氮烯自由基501反应。可以形成下述石墨烯单层，所述石墨烯单层可以用多个由氮杂环丙烷结构502表示的经N-R取代的氮杂环丙烷基团官能化。氮杂环丙烷基团的N-R取代基可以断裂，形成N-H氮杂环丙烷结构504。
[0068]在不同实例中，适当的由-Het表示的氮烯前体基团可以为叠氮化物、-N3。在一些实例中，R-Het*可以如下制备为R-氮烯501: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。在一些实例中，当-Het为叠氮化物时，适当的R值可以包括-Ra或-SiRaRbRc^在不同实例中，R-氮烯与石墨烯反应产生如图5A所示的N-R氮杂环丙烷502。
[0069]在一些实例中，氮杂环丙烷结构502中的R可以是-SiRaRbRe。在不同实例中，如-SiRaRbIT等基团可以通过将各具有取代基的氮杂环丙烷502与以下物质之一接触而与由结构502表示的具有取代基的氮杂环丙烷断裂: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。
[0070]在不同实例中，当R可以是-(CO) ORa时，适当的由-Het表示的氮烯前体基团可以是-N-OSO2-Rf，其中Rf可以是甲磺酸酯、三氟甲磺酸酯、溴苯基磺酸酯、甲基苯基磺酸酯或硝基苯基磺酸酯基团。在一些实例中，R-Het*可以通过将由RaO(CO)-N-OSO2-Rf表示的氮烯前体与如三乙胺等胺碱反应而制备为R-氮烯501。在不同实例中，R-氮烯与石墨烯反应产生如图5A所示的N-R氮杂环丙烷502。
[0071]在不同实例中，当R可以是-(SO2)Ra’时，适当的由-Het表示的氮烯前体基团可以是-NH2。在一些实例中，Ra’可以是具有取代基或不具有取代基的烷基、芳基、杂芳基、芳烷基或杂芳烷基。在不同实例中，Ra’可以是烷基、氟烷基、溴苯基、烷基苯基或硝基苯基，它们可以进一步具有取代基。在一些实例中，R-Het*可以通过将由Ra-SO2-NH2表示的氮烯前体与PhI (O(CO)CH3)2在铜、钯或金催化剂的存在下反应而制备为R-氮烯501。示例性催化剂可以包括乙酰丙酮合铜、四乙酰丙酮合钯或4，4’，4"-三-叔丁基_2，2’:6’，2"-曲吡啶三氟甲磺酸金等。反应可以利用石墨烯单层原位进行。在一些实例中，Ra-SO2-NH2可以与PhI (O (CO) CH3) 2和碱金属氢氧化物(例如Κ0Η)在醇(例如甲醇)中反应，形成Ra-SO2-N =IPh0分离出的Ra-SO2-N= IPh然后可以与铜、钯或金催化剂(如乙酰丙酮合铜等)反应，产生R-Het*作为R-氮烯。在不同实例中，R-氮烯与石墨烯反应产生如图5A所示的N-R氮杂环丙烷502。
[0072]在一些实例中，氮杂环丙烷结构502可以是-(CO) 0Ra。在不同实例中，如_(CO) ORa等基团可以通过将各具有取代基的氮杂环丙烷502与以下物质之一接触而与由结构502表不的具有取代基的氣杂环丙烧断裂:喊性烧基硫醇盐(alkaki alkylth1late) ;二烧基甲硅烷基碘；碱金属氢氧化物；碱土金属氢氧化物；碳酸钾；HBr/乙酸；氢化双(2-甲氧基乙氧基)招酸钠；氢化締钠；三烧基娃氧化钾(potassium trialkylsiloxide);烧基锂；氟化季铵；碘化钠-酰氯；烷基磺酸；三氟甲磺酸；或芳基磺酸。
[0073]在一些实例中，氮杂环丙烷结构502中的R可以是-S02Ra。在不同实例中，如-SO2Ra等基团可以通过使各具有取代基的氮杂环丙烷502与以下物质之一接触而与由结构502表示的具有取代基的氮杂环丙烷断裂:HBr和乙酸；HBr和苯酚；HF和吡啶；氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝酸钠；芳基碱金属盐；在氨或异丙胺中的碱金属；吸附在硅胶上的钠-钾合金；碘化钐；在乙酸中的高氯酸；在醚存在下光解；在硼氢化钠和二甲氧基苯存在下光解；在肼存在下光解；在硼烷:氨存在下光解；在硼氢化钠和β -萘酚钠存在下光解；或在磷酸一氢钠存在下的钠汞齐。
[0074]在一些实例中，氮杂环丙烷结构502中的R可以是_Ra。在不同实例中，如-Ra等基团可以通过使各具有取代基的氮杂环丙烷502与以下物质之一接触而与由结构502表示的具有取代基的氮杂环丙烷断裂:在催化性钯存在下的氢；在催化性钯存在下的硼烷；在催化性雷尼镍存在下的硼烷；或过氧化氢及其后的5，10，15，20-四(4-磺苯基)卟啉铁(II)合四钠。
[0075]图5B图示了与图3A和图3B中显示的总体方案的一部分相对应的示例性反应方案，所述方案可用于形成含有单碳空位缺陷的孔。在不同实例中，由结构式504表示的N-H氮杂环丙烷部分可以进行加热。在一些实例中，由结构式504表示的N-H氮杂环丙烷部分可以在氢气存在下加热。适当的温度范围为约700°C?约900°C，在不同实例中为约750°C?约850°C，或者在一些实例中为约800°C。适当的反应时间为约I分钟?约12小时，在不同实例中为约10分钟?约4小时，在一些实例中为约15分钟?约2小时，或者在其他实例中为约30分钟。在不同实例中，适当的氢气条件为:氢气压约I托?约7600托；在一些实例中为约I托?约760托；或者在另一些实例中，为约10托?约100托，例如50托。其他适当的氢气条件可以包括:氢气流速为约Isccm?约25sccm,在不同实例中为约Isccm?约5SCCm，或者在一些实例中为约3SCCm。N-H基团和一个Cg可以与结构504的表面热解断裂。用氢钝化可以提供结构506，其为具有通过除去单个石墨烯碳Cg而界定出的孔的石墨烯单层。穿孔石墨烯结构506对应于不连续孔108的单碳空位缺陷,例如如图1C中的穿孔石墨烯单层106中所图示的那样。
[0076]图5C图示了与图3A和图3B中显示的总体方案的一部分相对应的示例性反应方案，所述方案可用于形成含有双碳空位缺陷的孔。在不同实例中，由结构504表示的N-H氮杂环丙烷部分可以进行水解，产生各自由结构式508表示的β -氨基醇部分。水解反应可以通过将结构504与碱金属氢氧化物或碱土金属氧化物或氢氧化物的碱性水溶液接触而进行。水解反应可以采用浓度为约0.1M?约10Μ，例如约IM的碱性水溶液。在不同实例中，水解反应可以在以下温度进行:约(TC?约100°C ;约10°C?约90°C ;约20°C?约80°C ;或约25°C?约75°C。水解反应之后可以用水和/或水性缓冲液、例如PH7缓冲液进行冲洗。
[0077]在水解反应之后，多个由结构式508表示的N-H氮杂环丙烷部分可以在氢存在下加热至约750°C?约900°C的温度，以在石墨烯单层中产生多个孔，所述多个孔为各自由结构式510表示的多个双碳空位缺陷。Cg-NH2和Cg-OH基团可以与β -氨基醇结构508的表面热解断裂。热解断裂可能释放一种或多种气体，例如氰化氢、氢、一氧化碳、氨或水等。可以采用氢钝化来提供结构510，其为具有通过除去两个石墨烯碳Cg而界定出的孔的石墨烯单层。穿孔石墨烯结构510对应于不连续孔122的双碳空位缺陷，例如如图1E中的穿孔石墨烯单层120中所图示的那样。
[0078]图图示了与图3A和图3B中所示总体方案的一部分相对应的示例性反应方案，所述方案采用1，2 二醚形成由结构514表示的1，2 二醇中间化合物。石墨烯单层500可以与由R-Het*表示的活化氧试剂接触，其中R可以为-Ra。由R-Het*表示的活化氧试剂可以通过将由R-Het表示的活化氧试剂的适当前体与如三价亚碘酰芳基试剂等活化剂结合而制备。适当的亚碘酰芳基试剂可以包括例如亚碘酰苯四氟硼酸、亚碘酰苯六氟锑酸或亚碘酰苯六氟磷酸等。
[0079]三价亚碘酰芳基试剂可以通过将(二乙酰氧基碘)苯的氯仿溶液与适当的酸水溶液结合而制备，所述酸例如为四氟硼酸、六氟锑酸或六氟磷酸。可以将该混合物在40°C?50°C真空蒸发。例如亚碘酰苯四氟硼酸、亚碘酰苯六氟锑酸或亚碘酰苯六氟磷酸等产物可以通过添加少量水而结晶。
[0080]由R-Het表示的活化氧试剂的适当前体(其中R可以是-Ra)可以包括式R-0H的醇、R_0_与碱金属阳离子的盐，或R-0_与碱土金属阳离子的盐等。石墨烯单层500中的碳-碳双键Cg = Cg可以在三价亚碘酰芳基试剂和R-Het*存在下反应，形成由结构512表示的用1，2-二醚官能化的石墨烯单层。
[0081]在不同实例中，RO醚基团可以与结构512断裂形成由结构514表示的1，2 二醇中间化合物。在不同实例中，1，2 二醚结构512可以与氢溴酸、氢碘酸、三溴化硼或三氯化铝中的一种或多种反应。
[0082]图5E图示了与图3A和图3B中所示总体方案的一部分相对应的示例性反应方案，所述方案采用1，2 二酯部分形成由结构514表示的1，2 二醇中间化合物。
[0083]参照图5E，在不同实例中，石墨烯单层500可以与三价亚碘酰芳基试剂和羧基前体R-Het反应，其中R可以为_Ra。
[0084]在不同实例中，三价亚碘酰芳基试剂可以包括例如描述图时所述制备的亚碘酰苯四氟硼酸、亚碘酰苯六氟锑酸或亚碘酰苯六氟磷酸。
[0085]在不同实例中，由R-Het表示的活化氧试剂的适当羧基前体(其中R可以是-Ra)可以包括:式R-CO2H的羧酸；R-C02_与碱金属阳离子的盐；或R-C02_与碱土金属阳离子的盐；等等。石墨烯单层500中的碳-碳双键Cg = Cg可以与三价亚碘酰芳基试剂和由R-Het表示的羧基前体反应，形成由结构518表示的用11，2-二酯部分官能化的石墨烯单层。
[0086]参照图5E，在不同实例中，亚碘酰芳基试剂和羧酸前体R-Het可以一起形成对应于R-Het*的络合物。例如，R-Het*可以表示(双(R-CO2)碘(III))苯，其可以通过将苯、过硫酸钾、单质碘和R-Het = R-CO2H在浓硫酸存在下反应而形成。在不同实例中，石墨烯单层500可以与(双(R-CO2)碘(III))苯和以下酸的铜⑴或铜(II)盐反应:三氟甲磺酸；高氯酸；甲磺酸；磺酸；甲基苯磺酸；溴苯磺酸；或硝基苯磺酸；等等。石墨烯单层500中的碳-碳双键Cg = Cg可以与(双(R-CO2)碘(III))苯反应，形成由结构518表示的用1，2- 二酯部分官能化的石墨烯单层。
[0087]参照图5E，在不同实例中，1，2-二酯部分518中的RCO2-Cg羧基可以进行水解，形成由结构514表示的1，2 二醇化合物。在不同实例中，适当的条件可以包括将1,2-二酯部分518与酸或碱在适于将1，2- 二酯部分518水解形成由结构514表示的1，2 二醇化合物的条件下接触。在不同实例中，适当的酸可以包括HF、HCl、HBr、H1、H2SO4、磷酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、甲基苯磺酸；溴苯磺酸；或硝基苯磺酸等。在不同实例中，适当的条件可以包括将1，2- 二酯部分518与碱，例如碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物或碱土金属氧化物等接触。在一些其他实例中，适当的碱可以包括季铵氢氧化物，例如四甲基氢氧化铵或四丁基氢氧化铵等。在不同实例中，可以添加季铵盐，例如四丁基硫酸铵或四乙基溴化铵等。在不同实例中，适当的条件可以包括提供水源。在不同实例中，适当的条件可以包括包含水相和有机相的双相体系，其中有机相可以包含四氢呋喃、二氧六环或二乙醚等。在不同实例中，适当的条件可以包括在约20°C?约100°C加热。在以采用双相体系的不同实例中，适当的条件可以包括在约20°C至约有机相(例如四氢呋喃)的沸点的范围内加热。
[0088]再参照图和图5E，在不同实例中，由结构514表示的1，2 二醇中间化合物可以发生热解断裂并钝化，以提供结构516，其为具有通过除去两个石墨烯碳Cg而界定出的孔的石墨烯单层。由结构514表示的1，2 二醇中间化合物可以加热。在一些实例中，可以将由结构514表示的1，2 二醇中间化合物在氢气存在下加热。适当的温度范围为约700°C?约900°C，在不同实例中为约750°C?约850°C，或者在一些实例中为约800°C。适当的反应时间为约I分钟?约12小时，在不同实例中为约10分钟?约4小时，在一些实例中为约15分钟?约2小时，或者在其他实例中为约30分钟。在不同实例中，适当的氢气条件为:氢气压为约I托?约7600托；在一些实例中为约I托?约760托；或者在另一些实例中，为约10托?约100托,例如50托。其他适当的氢气条件可以包括:氢气流速为约Isccm?约25sccm,在不同实例中约Isccm?约5sccm,或者在一些实例中约3sccm。两个Cg-OH基团可以与结构514的表面热解断裂。热解断裂可能释放一种或多种物种，例如氢、羟基、一氧化碳、二氧化碳或水等。可以采用氢钝化来提供结构516，其为具有通过除去两个石墨烯碳Cg而界定出的孔的石墨烯单层。穿孔石墨烯结构516对应于不连续孔122的双碳空位缺陷，例如如图1D中的穿孔石墨烯单层120中所图示的那样。
[0089]本发明的示例性实施方式还可以包括示例性穿孔石墨烯单层或可包括本文所述的示例性穿孔石墨烯单层的示例性膜的制造方法。这些方法可以以任意数量的方式实现，并包括本文所述的结构。一种此类方法可以通过本发明中所述类型的设备的机器操作来实现。另一可选方式可以是，将所述方法的一个或多个独立操作与进行一些操作的一个或多个人工操作者结合来进行，而其他操作可以通过机器来进行。这些人工操作者不需要彼此搭配，而各自可以仅与执行一部分程序的机器搭配。在另一些实例中，人际互动可以是通过预先选定的标准而进行自动化，所述标准可以是机器自动化标准。
[0090]图6是显示操作的流程图，所述操作可以根据本文所述的至少一些实施方式，在制造如穿孔石墨烯单层106或120等示例性穿孔石墨烯单层或者如膜200等相对应的膜时米用。
[0091]制造如106或120等示例性穿孔石墨烯单层的方法可以包括如方框622、624、626、628和/或630中的一个或多个所示的一个或多个操作、动作或功能。所述方法可以始于操作622 “使R-HET*与石墨烯单层的多个位置接触”，所述石墨烯单层例如为石墨烯单层100。该试剂可以以如固态、液态或气态、溶液中的溶质或悬浮液中的颗粒等任何适当形态接触石墨烯单层。可以通过任何适当装置或方法将R-Het*试剂与石墨烯单层接触，所述装置或方法如采用:溶液涂布装置；旋涂装置；浸涂装置；选择性涂布装置，例如通过加压流体涂覆机(例如喷墨式喷嘴)涂覆；利用冷凝机、真空室和/或加热器升华或冷凝；或化学气相沉积；等等。控制器设备610可以操作“混合器/反应器/R-HET*添加/施加器”的机器792以执行操作622。机器792可以包括一种或多种混合功能，如机械搅拌、加热、超声以使上述试剂溶解和/或反应。机器792也可以包括一种或多种涂覆或涂布功能，以使如R-Het*等试剂接触石墨烯。在操作622，制造控制器790可以基于所采用的试剂给机器792发送关于机械搅拌或反应的程度的参数的指令。操作622可以继续进行，直至达到所期望的点，例如，反应已进行足够长时间从而使石墨烯单层的表面官能化。
[0092]在一些实例中，R-Het*试剂可以通过以下方式制备，在石墨烯单层存在下，活化R-Het*前体以形成活化杂原子，如R-氮烯、[R0]或[RCO2]，如上文对图5A、5B、5C、OT和5E的讨论。在不同实例中，适当的试剂活化器装置可以包括以下装置中的一种或多种:电阻加热元件；红外激光器；紫外光源；和/或一种或多种试剂贮存器，例如，被构造为接触前体化合物R-Het和三价亚碘酰芳基化合物的反应室；等等。
[0093]再参照图6，所述方法可以包括操作624 “提供位置之间的间隔距离”，如间隔距离104或118。在不同实例中，间隔距离可以通过选择具有所期望的空间体积量的R基团而提供，其中间隔距离可以是基团R的最小空间半径rK的至少约两倍。在一些实例中，间隔距离可以例如通过以下方式增大:在低浓度R-Het*下进行反应从而使石墨烯单层表面可以稀疏地反应。在一些实例中，间隔距离可以通过下述方式间接调整:使用加压流体涂覆机通过图案化涂覆R-Het*，使石墨烯单层与R-Het*在选定位置接触。
[0094]所述方法可以包括操作626 “使各R-HET*与各位置处的石墨烯碳反应”。在一些实例中，反应可以在R-Het*与石墨烯单层接触时发生。在另一些实例中，R-Het可以在石墨烯单层上的选定部位活化。例如，当R-Het可以是R-叠氮化物时，可以使用如紫外灯、紫外发光二极管等紫外光源或者如紫外激光器等准直光源光解生成R-Het*作为R-氮烯。在一些实例中，可以使用如紫外激光器等准直光源在石墨烯单层上的特定部位光解生成R-Het*作为R-氮烯。控制器设备610可以操作“加热器/光解器”的机器794，可选地与机器792联合，以执行操作624和626。控制器设备610可以为机器792和/或机器794提供以下参数:关于例如施加R-Het*试剂的位置和图案，例如通过光解活化或加热等将R-Het前体活化为R-Het*试剂的位置和图案。操作624可以持续进行，直至达到所期望的点，例如石墨烯单层已反应足够时间从而达到所期望的官能化水平。
[0095]所述方法可以包括操作628 “在钝化条件下通过产生碳空位缺陷而形成孔”，如孔108和122。在一些实例中，如108和122等孔可以通过加热如氮杂环丙烷504、β -氨基醇508或1，2 二醇514等前体而形成。用于形成孔108和122的适当的装置组件可以包括加热器，如电阻加热元件或红外激光器。用于形成孔108和122的适当的装置组件也可以包括氢源，例如被构造为可在进行加热的同时施加氢分压或氢气流的反应室。控制器设备610也可以操作“加热器/光解器”的机器794，可选地与“氢钝化源”796联合，以执行操作628。操作628可以持续进行，直至达到所期望的点，例如官能化石墨烯单层已反应足够时间，从而形成不连续孔(如孔108或122)并使其钝化。
[0096]所述方法可以包括操作630 “使带孔石墨烯与可渗透性支持基板接触”。操作630可以包括由在铜箔(例如25微米厚的铜箔)上产生的石墨烯单层制备本文所述的穿孔石墨烯单层。操作630也可以包括一个或多个动作，如:在穿孔石墨烯单层上沉积并固化适当的转移聚合物层；蚀刻以除去铜箔；洗涤所获得的穿孔石墨烯单层/固化聚合物；使穿孔石墨烯单层表面与适当的可渗透性基板接触；再沉积并固化第二聚合物层；和使用如丙酮等溶剂洗除所结合的聚合物层；等等。用于操作630的适当的聚合物包括例如聚甲基丙烯酸甲酯。用于操作630的适当的装置可以包括用于涂布聚甲基丙烯酸甲酯的装置，例如溶液涂布机、旋涂机和浸涂机等。用于操作630的适当的装置也可以包括用于固化聚甲基丙烯酸甲酯的固化炉或紫外光源。用于操作630的其他适当的装置可以包括蚀刻和洗涤室。用于操作630的其他适当的装置可以包括用于使穿孔石墨烯单层表面与适当的可渗透性基板接触的装置，如接触加压机(contact press)。在操作630中，处理器(例如处理器610)可以控制机器792的施加器、混合器和反应器功能，以将穿孔石墨烯单层转移至如302等可渗透性基板上，从而形成如300等膜。操作630可以包括一种或多种功能，如:熔融加工；溶剂蒸发；减压溶剂蒸发；旋涂；浸涂；喷涂；溶剂流延；刮板涂布(doctor blading);在超临界状态下除去溶剂；聚合物前体的原位聚合；原位固化或交联聚合物；接触印刷；金属蚀刻；或者聚合物蚀刻/溶解；等等。
[0097]在不同实例中，本文所述的操作可以包括使试剂与石墨烯单层或穿孔石墨烯单层接触。例如，操作622可以包括使试剂R-Het*与石墨烯单层接触；操作630可以包括使聚合物接触穿孔石墨烯单层并使其固化；等等。这些方法可以包括例如下述技术中的一种或多种:溶融加工；溶剂蒸发；减压溶剂蒸发；旋涂；浸涂；嗔涂；嗔墨式印刷；溶剂流延；刮板涂布(doctor blading);在超临界状态下除去溶剂；聚合物前体的原位聚合；或者原位固化或交联聚合物；等等。适当的聚合物加工条件的具体细节可以根据特定R-Het*或聚合物来选择。例如，典型的溶液流延法利用所讨论聚合物的高沸点溶剂。
[0098]上述包含在图6的工序中的操作出于说明目的。本文所述的示例性穿孔石墨烯单体或膜的制造工序可以通过具有更少或额外的操作的类似工序来完成。在一些实例中，这些操作可以按照不同顺序执行。在另一些实例中，可以取消不同的操作。在另一些实施方式中，可以将不同操作分为额外的操作，或者结合成较少的操作。虽然显示为顺序操作，但在一些实施方式中，不同的操作可以以不同顺序进行，或者在一些情况下，不同的操作可以基本同时进行。
[0099]图7是根据本文所述的至少一些实施方式可用于制造示例性穿孔石墨烯单层的自动化机器700的框图。如图7所示，“制造控制器”790可以与可用于执行本文所述的操作的机器连接，例如“混合器/反应器/R-HET*添加/施加器”792、“加热器/光解器”794、“氢钝化源” 796和/或“支持基板施加器” 798。
[0100]制造控制器790可以由人工控制操作，或者可以通过网络710由远程控制器770引导。与控制制造穿孔石墨烯单层及其膜的不同工序有关的数据可以存储在和/或接收自数据储存器780。
[0101]图8示出了根据本文所述的至少一些实施方式可用于控制图7的自动化机器700或类似制造设备来制造示例性穿孔石墨烯单层或其膜的通用计算设备。在基本配置802中，计算设备800通常可以包括一个或多个处理器804和系统存储器806。存储器总线808可用于处理器804与系统存储器806之间的通信。
[0102]取决于所期望的构造，处理器804可以是任何类型，包括但不限于微处理器(μ P)、微控制器(μ C)、数字信号处理器(DSP)或其任意组合。处理器804可以包括一个或多个级别的缓存，如一级缓存存储器812、处理器内核814和寄存器816。示例性处理器内核814可以包括算术逻辑单元(ALU)、浮点单元(FPU)、数字信号处理内核(DSP内核)或其任意组合。示例性存储器控制器818也可以与处理器804 —起使用，或者在一些执行方式中，存储器控制器815可以是处理器804的内部部分。
[0103]取决于所期望的构造，系统存储器806可以是任何类型的，包括但不限于易失性存储器(如RAM)、非易失性存储器(如ROM、闪存等)或其任意组合。系统存储器806可以包括操作系统820、一个或多个制造控制应用程序822和程序数据824。制造控制应用程序822可以包括控制模块826，控制模块826可被设置为控制图7的自动化机器700和如上所述的任何其他工序、方法和功能。程序数据824可以包括用于控制自动化机器700各方面的材料数据828，和其他数据。如此描述的基本配置802由图8中内部虚线内的那些组成部分所示。
[0104]计算设备800可以具有附加的特征或功能和附加的接口，以方便基本配置802与任何所需要的设备和接口之间的通信。例如，总线/接口控制器830可用于方便基本配置802与一个或多个数据存储设备832之间通过存储接口总线834进行通信。数据存储设备832可以是可移动存储设备836、非可移动存储设备838或其组合。可移动存储和非可移动存储设备的实例包括磁盘设备，如软盘驱动器和硬盘驱动器(HDD);光盘驱动器，如高密度光盘(⑶)驱动器或数字通用光盘(DVD)驱动器；固态驱动器(SSD);和磁带驱动器；等等。示例性计算机存储介质可以包括以任何信息存储方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和非可移动介质，所述方法或技术例如为计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。
[0105]系统存储器806、可移动存储设备836和非可移动存储设备838可以是计算机存储介质的实例。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPR0M、闪存或其他存储器技术，CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其他光学存储，磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可用于存储所需数据信息并可被计算设备800访问的任何其他介质。任何这种计算机存储介质均可以是计算设备800的一部分。
[0106]计算设备800也可以包括接口总线840，以方便从各种接口设备经由总线/接口控制器830 (例如，输出设备842、外围接口 844和通信设备866)至基本配置802的通信。示例性输出设备842可以包括图形处理单元848和音频处理单元850，它们可以被配置为通过一个或多个A/V端口 852与如显示器或扬声器等各种外部设备通信。示例性外围接口 544可以包括串行接口控制器854或并行接口控制器856，它们可以被配置为通过一个或多个I/O端口 858与如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、声音输入设备、触摸输入设备等)等外部设备或其他外围设备(例如，打印机、扫描仪等)通信。示例性通信设备866可以包括网络控制器860，网络控制器860可被设置为方便经由一个或多个通信端口 864通过网络通信连接与一个或多个其他计算设备862通信。
[0107]网络通信连接可以是通信介质的一个实例。通信介质通常可以通过计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他调制数据信号(如载波或其他传输机制)中的数据体现，并可以包括任何信息传递介质。“调制数据信号”可以是下述信号，所述信号的一个或多个特征进行设定或改变的方式使得该信号中的信息能够进行编码。举例而言(而非限制)，通信介质可以包括有线介质，如有线网络或直接有线连接；和无线介质，如声波、射频(RF)、微波、红外(IR)和其他无线介质。本文中所用的术语计算机可读介质可包括存储介质和通信介质。
[0108]可将计算设备800实施为可包括任何上述功能的物理服务器、虚拟服务器、计算云或混合设备的一部分。还可将计算设备800实施为包括便携式电脑和非便携式电脑配置的个人电脑。此外，可将计算设备800实施为网络化系统或者作为通用或专用服务器的一部分。
[0109]包括计算设备800的网络化系统用网络可以包括服务器、客户端、交换机、路由器、调制解调器、互联网服务供应商的任何拓扑结构和任何适当的通信介质(例如，有线或无线通信)。这些实施方式的系统可以具有静态或动态网络拓扑结构。网络可以包括如企业网络(例如LAN、WAN或WLAN)等安全网络，如无线开放网络(例如IEEE 802.11无线网络)等不安全的网络，或者全球性网络(例如互联网)。网络也可以包括多个适于一起运行的不同网络。可以配置这些网路以提供本文所述的节点间的通信。作为实例而不是限制，这些网络可以包括无线介质，如声学、RF、红外和其他无线介质。此外，网络可以是同一网络或不同网络的一部分。
[0110]图9示出了根据本文所述的至少一些实施方式设置的可用于控制图7的自动化机器或类似制造设备来制造示例性穿孔石墨烯单层或其示例性膜的示例性计算机程序产品的框图。在一些实施方式中，如图9所示，计算机程序产品900可以包括信号承载介质902，信号承载介质902也可以包括机器可读指令904，当执行计算机可读指令904时，例如处理器会提供上文关于图6?图8所述的功能。例如，参照处理器790，可以响应经介质902传送至处理器790的指令904而进行图9所示的一项或多项任务，以执行与制造本文所述的示例性穿孔石墨烯单层或其示例性膜相关的动作。这些指令中有一些可以包括例如下述指令中的一种或多种:使R-Het*与石墨烯单层的多个位置接触；提供位置之间的间隔距离；使各R-Het*与至少一个石墨烯碳原子反应；在石墨烯单层中形成多个不连续孔；和/或使穿孔石墨烯单层与可渗透性基板接触。
[0111]在一些执行方式中，图9中所图示的信号承载介质902可以包括计算机可读介质906，例如但不限于硬盘驱动器、高密度光盘(⑶)、数字通用光盘(DVD)、数字磁带、存储器等。在一些执行方式中，信号承载介质902可以包括可记录介质908，例如但不限于存储器、读/写(R/W)⑶s、R/W DVD等。在一些执行方式中，信号承载介质902可以包括通信介质910，例如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光缆、波导管、有线通信连接、无线通信连接等)。例如，计算机程序产品900可以通过RF信号承载介质902传送至处理器904，其中信号承载介质902可以通过无线通信介质910 (例如，符合IEEE 802.11标准的无线通信介质)传送。虽然在程序模块与在个人计算机操作系统上运行的应用程序联合执行的通常背景下描述了实施方式，但本领域技术人员将认识到，这些方面也可以结合其他程序模块来执行。
[0112]—般而言，程序模块可以包括例程、程序、组件、数据结构和其他类型的进行特定任务或执行特定抽象数据类型的结构。此外，本领域技术人员将理解，实施方式可以采用其他计算机系统配置来实施，所述其他计算机系统配置包括手持设备、多处理器系统、微处理器类或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机和类似的计算设备。实施方式也可以在分布式计算环境中实施，其中任务可以由可通过通信网络连接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地或远程存储器存储设备中。
[0113]实施方式可以作为计算机执行的工序(方法)、计算系统来实施，或者作为如计算机程序产品或计算机可读介质等制品来实现。计算机程序产品可以是可被计算机系统读取并编码计算机程序的计算机存储介质，所述计算机程序包括使计算机或计算系统进行示例性工序的指令。计算机可读存储介质可以例如通过易失性计算机存储器、非易失性存储器、硬盘驱动器、闪存驱动器、软盘或高密度光盘和类似介质来实施。
[0114]在本说明书全文中，术语“平台”可以是用于提供配置环境的软件与硬件组件的组合，所述配置环境可以为多种目的方便软件/硬件产品和服务的配置。平台的实例包括但不限于通过多个服务器执行的主机服务、在单个计算设备上执行的应用，和类似的系统。术语“服务器” 一般是指通常在网络化环境中执行一个或多个软件程序的计算设备。但是，月艮务器也可以作为虚拟服务器(软件程序)来实现，所述虚拟服务器在被视作网络上的服务器的一个或多个计算设备上执行。关于这些技术和示例性操作的更详细的细节提供如下。
[0115]示例性膜可以包括下述石墨烯单层，所述石墨烯单层具有多个不连续孔，所述多个不连续孔化学穿孔于石墨烯单层中。多个不连续孔各自可以具有基本均一的孔径，其特征在于石墨烯单层中的一个或多个碳空位缺陷，使得石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。
[0116]在不同实例中，多个不连续孔各自的特征可以在于石墨烯单层中的至少约两个碳空位缺陷。在另一些实例中，石墨烯单层的特征可以在于H2 = CH4的分离选择性为至少200:1。在不同实例中，多个不连续孔的特征可以在于最小间隔为至少约4埃。
[0117]在一些实例中，膜可以还包括与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。
[0118]示例性方法可以包括使由R-Het*表示的化合物与石墨烯单层的多个位置接触。Het*可以是氮烯或活化氧。R可以是_Ra、-S02R\ - (CO) ORa或-SiRaRbIT之一。Ra、Rb和IT可以独立地为芳基或杂芳基。一些示例性方法还可以包括在所述多个位置中的相邻位置之间提供至少rK的间隔距离，其中rK可以是R的最小空间半径。不同的示例性方法也可以包括使由R-Het*表示的化合物与所述多个位置的每一处的至少一个石墨烯碳原子Cg反应，以在由[R_Het-Cg]p石墨烯表示的石墨烯单层形成多个(P个)杂原子-碳部分。所述方法也可以包括通过除去多个由R-Het-Cg表示的杂原子-碳部分而在石墨烯单层中形成多个不连续孔。多个不连续孔的特征可以在于石墨烯单层中的多个碳空位缺陷，所述多个碳空位缺陷通过从所述多个位置除去石墨烯碳原子Cg而界定出。石墨烯单层各处可以具有基本均一的孔径。
[0119]在不同实例中，Het*可以是氮烯；并且在石墨烯单层上的多个杂原子-碳部分各自可以为由结构式502表示的具有取代基的氮杂环丙烷:

【权利要求】
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，H2ICH4的分离选择性为至少200:1ο
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-Ra、-SO2Ra, - (CO) ORa 或-SiRaRbRe 之一；并且 R\ Rb和Rci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rK的间隔距离，其中rK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Cg反应，以在由[R-Het-Cg]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-Cg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Cg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*为氣纟布；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氣杂环丙烷:
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-Rf表示的叠氮化物前体与碱反应而制备R-Het*，其中，Rf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)0Ra。
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:
11.如权利要求7所述的方法，其中，R为-SiRaRbRe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。
12.如权利要求7所述的方法，其中，R为-(CO)ORa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:碱性烷基硫醇盐；三烷基甲硅烷基碘；碱金属氢氧化物；碱土金属氢氧化物；碳酸钾；HBr/乙酸；氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝酸钠；氢化碲钠；三烷基硅氧化钾；烷基锂；氟化季铵；碘化钠-酰氯；烷基磺酸；三氟甲磺酸；或芳基磺酸。
13.如权利要求7所述的方法，其中，R为-SO2Ra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:HBr和乙酸；HBr和苯酚；HF和吡啶；氢化双(2-甲氧基乙氧基)铝酸钠；芳基碱金属盐；在氨或异丙胺中的碱金属；吸附在硅胶上的钠-钾合金；碘化钐；在乙酸中的高氯酸；在醚存在下光解；在硼氢化钠和二甲氧基苯存在下光解；在肼存在下光解；在硼烷:氨存在下光解；在硼氢化钠和萘酚钠存在下光解；或在磷酸一氢钠存在下的钠汞齐。
14.如权利要求7所述的方法，其中，R为-Ra并且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:在催化性钯存在下的氢；在催化性钯存在下的硼烷；在催化性雷尼镍存在下的硼烷；或过氧化氢及其后的5，10，15，20-四(4-磺苯基)卟啉铁(II)合四钠。
15.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括在氢气存在下将所述多个由结构式504表示的N-H氮杂环丙烷部分加热至约750°C~约900°C的温度，以在所述石墨烯单层中产生所述多个孔，所述多个孔为各自由结构式506表示的多个单碳空位缺陷:
16.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括: 使所述多个由结构式504表示的N-H氮杂环丙烷部分水解，以在所述石墨烯单层上产生各自由结构式508表示的多个β -氨基醇部分:
将所述多个由结构式508表示的N-H氮杂环丙烷部分在氢存在下加热至约750°C~约900°C的温度，在所述石墨烯单层中产生所述多个孔，所述多个孔为各自由结构式510表示的多个双碳空位缺陷:
17.如权利要求6所述的方法，其中: R 为-Ra; Het*为活化氧；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512表示的化合物:
I—!Igjj—.由结构式518表示的化合物:
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括通过使三价亚碘酰芳基试剂与下述物质之一接触而制备R-Het* =Ra-OH ;Ra-0_的碱金属盐；Ra_0_的碱土金属盐；Ra-C02H ；Ra-C02_的碱金属盐；或Ra-C02_的碱土金属盐。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述三价亚碘酰芳基试剂为亚碘酰苯四氟硼酸、亚碘酰苯六氟锑酸或亚碘酰苯六氟磷酸。
20.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括: 使所述由结构式512表示的化合物与氢溴酸、氢碘酸、三溴化硼或三氯化铝中的一种或多种反应；或者 使所述由结构式518表示的化合物与酸或碱反应， 从而形成由结构式514表示的化合物:
21.如权利要求20所述的方法，所述方法还包括使所述由结构式514表示的化合物在氢存在下加热至约750°C~约900°C的温度，以在所述石墨烯单层中产生所述多个孔，所述多个孔为各自由结构式510表示的多个双碳空位缺陷:
22.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括使所述石墨烯单层与可渗透性基板接触，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。
23.一种从流体混合物中分离化合物的方法，所述方法包括: 提供含有第一化合物和第二化合物的流体混合物； 提供膜，所述膜包含石墨烯单层，所述石墨烯单层经化学穿孔有多个不连续孔，其中:所述多个不连续孔各自的特征在于一个或多个碳空位缺陷，从而使所述石墨烯单层各处具有基本均一的孔径，并且 所述多个不连续孔各自的特征在于下述直径，所述直径具有使第一化合物而非第二化合物通过的选择性； 使所述流体混合物与所述石墨烯单层的第一表面接触；和 将所述第一化合物导引通过所述多个不连续孔，以将所述第一化合物与所述第二化合物分离。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述第一化合物小于所述第二化合物。
25.如权利要求23所述的方法，所述方法还包括通过采用横跨所述石墨烯单层的梯度而将所述第一化合物导引通过所述多个不连续孔，其中，所述梯度为温度、压力、浓度、电场或电化学电势中的一种或多种。
26.如权利要求23所述的方法，所述方法还包括以约200:1~123:1的分离选择性将所述第一化合物与所述第二化合物分离。
27.如权利要求23所述的方法，其中，所述第一化合物为氦、氖、氩、氙、氪、氡、氢、氮、氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氧化氮、C1-C4烷烃、硅烷、水、有机溶剂或卤代酸之一。
28.一种系统，所述系统用于制备具有基本均一的孔的石墨烯膜，所述系统包括: 试剂活化器，所述试剂活化器用于由前体试剂制备活化试剂； 试剂施加器，所述试剂施加器被构造为使所述活化试剂与石墨烯单层的多个位置接触； 反应室，所述反应室被构造为保持所述石墨烯单层； 加热器，所述加热器被构造为使所述石墨烯上的多个杂原子-碳部分热断裂从而形成穿孔石墨烯单层；和 支持基板施加器，所述支持基板施加器被构造为使所述穿孔石墨烯单层与支持基板接触。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述试剂活化器包括以下装置中的一种或多种:电阻加热元件；红外激光器；紫外光源；和/或被构造为使所述前体化合物与三价亚碘酰芳基化合物接触的反应室。
30.如权利要求28所述的系统，其中，所述试剂施加器包括以下装置中的一种或多种:溶液涂布机；旋涂机；浸涂机；加压流体涂覆机；试剂贮存器；真空室；浓缩器；和/或化学气相沉积室。
31.如权利要求28所述的系统，其中，所述加热器包括以下装置中的一种或多种:氢源；电阻加热元件；和/或红外激光器。
32.如权利要求28所述的系统，其中，所述支持基板施加器包括以下装置中的一种或多种:溶液涂布机、旋涂机、浸涂机、固化炉、紫外光源、蚀刻室、洗涤室和/或接触加压机。
【文档编号】G01N33/487GK104204796SQ201280071545
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年1月26日 优先权日:2012年1月26日
【发明者】S·A·米勒, G·L·迪尔克森 申请人:英派尔科技开发有限公司