Non-Covalent and Covalent-Synergistical-Interaction Assembled GO Self-Supporting Membrane with Excellent Alignment for Ultrahigh H2 Barrier Applications

共价键 纳米技术 化学 材料科学 生物化学 有机化学
作者
Cong Liu,Hefeng Li,Jiabao Zhu,Xianhua Huan,Ke Xing,Hongbo Geng,Xiaodong Guo,Lei Ge,Xiaolong Jia,Xiaoping Yang,Hao Wang
出处
期刊:Composites Part B-engineering [Elsevier]
卷期号:283: 111652-111652
标识
DOI:10.1016/j.compositesb.2024.111652
摘要

The emerging graphene oxide membranes (GOm) showcase superiority in molecule barrier applications, yet their hydrogen (H2) barrier is still less than ideal due to the insufficient control of GOm assembly architecture. Here, molecular patch engineering, in which amino rich polyethyleneimine (PEI) is controllably introduced into GO system, is proposed to construct a highly aligned self-supporting PGO membrane (PGOm) for exceptional H2 barrier performance. Based on the non-covalent and covalent interactions between GO nanosheets and PEI, the assembly behavior of GO nanosheets from the liquid phase to the solid phase is efficiently optimized in both extension and alignment synergistically, resulting in the superior alignments of PGOm with a Herman's orientation factor as high as 0.86. Owing to the excellent alignments, the hydrogen permeability (PH2) of PGOm is substantially reduced to a mere 2.28 cm3·cm/(cm2·s·Pa)·10-15 even at a high temperature of 80 °C, representing a remarkable three-order-of-magnitude decrease compared to GOm. Additionally, at 25°C, the PH2 of PGOm-enhanced epoxy sandwich composites is minimized to a value of 1.2 cm3·cm/(cm2·s·Pa)·10-15, approximately 50 times lower than that of pure EP. This highlights the significant potential of PGOm in enhancing the gas tightness of composite pressure vessels.

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