杨维慎Angew：一种柔性软-固体金属-有机骨架复合膜用于H2/CO2分离

Nanoyu

2022-02-01

开发一种简便的策略来构建具有高选择性和良好可扩展性的无缺陷、柔性的金属有机骨架(MOF)膜具有很大的吸引力。

近日，中科院大连化物所杨维慎研究员，Yuan Peng报道了利用原位溶剂热合成和受限界面聚合相结合的简单策略，提出了一种柔性软固体MOF复合膜(SSCM)结构。

文章要点

1）SSCM膜由分散的、准ab平面择优取向的片状Zn₂(benzimidazolate)₄ （以下简称Zn₂(Bim)₄）颗粒，这些颗粒生长在商用聚偏氟乙烯(PVDF)基材上，以及与Z_n2(Bim)₄侧面紧密结合的超薄聚酰胺(PA)组成。

2）SSCM膜结构的第一个优点是它可以使Zn₂(Bim)₄准垂直排列的直层间走廊完全暴露(从上到下)，巩固了Zn₂(Bim)₄在气体分子易于访问和高速传输方面的主导地位。锚定的Zn₂(Bim)₄颗粒内的这些受限的二维层间走廊(0.3 nm)可以很好地提供精确的分子筛分，显示出高的H₂/CO₂(H₂：0.289 nm；CO₂：0.33 nm)的选择性。

3）其次，与Zn₂(Bim)₄相比，由二乙烯三胺(DETA)和三甲酰氯(TMC)聚合而成的高交联PA膜是一种超低渗透聚合物。所获得的PA薄膜阻挡了非选择性缺陷和包裹着离散的Zn₂₍Bim)₄颗粒的裸露衬底区域。H₂分子更喜欢在Zn₂(Bim)₄中的直线分子筛通道，而不是PA的不规则、曲折的通道，因此使用无缺陷的SSCM可以获得高的选择性和H₂的透过率。

4）需要强调的第三个突出优点是，这种有趣的结构使Zn₂(Bim)₄ SSCM具有极好的柔性，将软PA与固体MOF材料结合在一起，在90 °下折叠和展开50次或卷成直径3 mm的管后，分离性能完全不变。

5）这种独特的膜结构被认为揭示了MOF材料固有的分离能力。此外，该制备策略可方便地用于制备类似的ZIF-67和ZIF-8 SSCMs。H₂/CO₂的分离性能超过了ZIF-67和/或ZIF-8的所有膜系列。

参考文献

Lun Shu, et al, Flexible Soft-Solid Metal-Organic Framework Composite Membranes for H₂/CO₂ Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022,

DOI: 10.1002/anie.202117577

https://doi.org/10.1002/anie.202117577