石墨烯作為最薄的分子屏障，如果引入高密度分布的納米孔，可以通過尺寸篩選機制高選擇性分離氣體，同時產生比聚合物和納米孔膜高幾個數量級的高透過率。現今氣體篩分膜面臨的最大瓶頸就是如何實現高密度與窄尺寸分布兼得的納米孔？

洛桑聯邦理工學院的K.V.Agrawal課題組借鑒石墨烯晶體成核、生長的機理，利用O2和O3等離子體兩步刻蝕，分別從缺陷成核、孔生長入手，在單層石墨烯上精確制備出高密度、窄尺寸分布的納米孔，并實現了破紀錄的氣體篩分性能。在這種合成方法中，第一步是將單層石墨烯暴露在O2等離子體中刻蝕，使得石墨烯中的缺陷密度增加達20倍。而H2的透過率僅增加6倍，這是因為此時大部分缺陷（<0.29nm）對氫氣傳輸沒有貢獻。第二步是引入O3等離子體對石墨烯缺陷進行原位擴大，通過調節刻蝕時間與溫度，獲得高密度且孔徑小于0.38nm的納米孔，實現了H2/CH4分離系數從15.6到25.1、H2/C3H8分離系數從38.0到57.8的新突破。

本文提出了一種簡單直觀的調節石墨烯孔徑的方法，除了氣體分離，該方法制備的納米孔還可以考慮應用于傳感、催化、能量儲存等領域。其創新性的實驗設計和驚艷的實驗結果使得該工作成功發表在Sci.Adv.上！