Nat Commun：一种具有晶内缺陷的坚固超薄纳米多孔MOF膜用于快速水传输

Nanoyu

2022-01-11

合理设计高性能稳定的金属-有机骨架(MOF)膜具有挑战性，特别是对于高盐水的可持续处理，以解决关键的全球环境问题。

近日，大连理工大学Yingchao Dong，Xie Quan，天津大学Michael D. Guiver报道了提出了一种晶体内缺陷概念策略(即缺失连接子)，在分子水平上合理设计坚固的超薄ML-UiO-66膜，并通过光伏脱盐过程提高水的渗透性。有目的地引入连接子缺陷会导致缺陷增强渗透，这一点得到了实验和模拟结果的证实。

文章要点

1）在可扩展的粗陶瓷衬底上引入纳米孔γ-Al₂O₃过渡层，提供了更多的异质成核位，大大降低了粗糙度，有利于生长出高质量的超薄ML-UIO-66薄膜(10~3±14 nm)，且晶体生长良好。

2）对于超薄的ML-UIO-66膜，除了几乎完全截盐外，还实现了高水通量（29.8 L m⁻² h⁻¹），远远超过了其他最先进的沸石膜和MOF膜。此外，实验证实，即使在更恶劣的环境下（例如长期（~10天）高温（70 °C）含氯光伏运行下）处理高盐度水，也能稳定运行，并具有出色的性能稳定性。

3）对于ML-UIO-66结构，实验证实缺陷补偿配体是缺失连接缺陷的单羧酸基团，其密度通过比表面积从990.4增加到1249.0 m² g⁻¹、孔径从0.508 nm增加到0.568 nm以及三维亚纳米通道的结构亲水性而得到增强。通过这些分子水平的机制，增强的UIO-66膜中缺失连接子的缺陷通过增强的吸附-扩散机制显著改善水通量，同时通过筛分机制保持几乎完全的盐截留率。

该设计方案有助于利用MOF膜中有益的晶体内缺陷的概念，并为提高海水淡化或其他应用中的水渗透性能提供了更简便的策略。从而为分子水平可设计生产高性能下一代MOF膜铺平了一条有前途的道路，用于更多的水处理应用。

参考文献

Wang, X., Lyu, Q., Tong, T. et al. Robust ultrathin nanoporous MOF membrane with intra-crystalline defects for fast water transport. Nat Commun 13, 266 (2022).

DOI：10.1038/s41467-021-27873-6

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27873-6