Nature Nanotechnol综述：MOF/COF膜材料在气体分离领域的发展

纳米技术

2022-08-24

耶拿大学A. Knebel、汉诺威莱布尼兹大学J. Caro综述报道与分子筛膜区别的MOF和COF膜材料在分子筛分领域的发展情况。

本文要点：

(1)

由有机-无机组分形成的MOF复合材料和全部为有机成分构成的COF膜材料具有强大的气体分离功能，在目前的气体分离膜领域起到突破性的进展。与分子筛不同，人们不仅能够在膜担载基底上生成纯MOF和COF，而且能够与聚合物混合形成聚合物-填料复合材料。目前人们成功的合成了超过100000种不同结构的量身定制的MOF和COF材料，而且通常在低于100 ℃抽真空处理就能够活化多孔结构。

(2)

人们报道了多种多样的MOF/COF膜合成方法，比如溶剂热合成、晶种介导生长、反扩散（counterdiffusion）等，其中逐层浸渍和喷涂，化学和物理气相沉积，电化学生长等方法具有大规模化的前景。

此外，人们合成了具有电场或者光等外部物理刺激响应的膜材料，这种膜的优势在于能够对刺激作用产生响应能力，为性能无法令人满意的分子分离材料打开全新的领域方向。

(3)

能够可控进行气体穿透的膜材料是MOF/COF材料的另一个性质，能够实现自适应能力的分离过程。MOF/COF离子对于聚合物非常适配，因此能够搭建混合膜。但是这些膜材料并不是简单的MOF-聚合物混合物，其中包括交联或者表面修饰等聚合物-MOF/COF填料相互作用。

参考文献

Knebel, A., Caro, J. Metal–organic frameworks and covalent organic frameworks as disruptive membrane materials for energy-efficient gas separation. Nat. Nanotechnol. (2022)

DOI: 10.1038/s41565-022-01168-3

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01168-3