【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源催化轉(zhuǎn)化全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無機(jī)膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員、彭媛研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種便捷的觸發(fā)式界面反應(yīng)策略，實(shí)現(xiàn)了二維金屬-有機(jī)框架膜(MOF膜)的快速制備及高效氣體分離。
MOF膜因其高度可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)、超高的孔隙密度、納米級的厚度，成為實(shí)現(xiàn)兼具高選擇性和高滲透性的理想材料，有望推動工業(yè)分離技術(shù)革新。然而，現(xiàn)有制備方法步驟繁瑣，耗時長達(dá)數(shù)十小時甚至數(shù)天，制膜效率極低，限制了這類膜材料的進(jìn)一步的發(fā)展。如何面向重大工業(yè)分離應(yīng)用需求，快速構(gòu)建具有高效分離性能的超薄MOF膜仍面臨挑戰(zhàn)。
在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)在前期研究(Science，2014；Angew. Chem. Int. Ed.，2017；Angew. Chem. Int. Ed.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Journal of Membrane Science，2023；Adv. Funct. Mater.，2024)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種觸發(fā)式空氣-水界面配位組裝方法。該方法僅使用微升量級有機(jī)配體投料量，在三十分鐘內(nèi)即可獲得超薄、大面積連續(xù)、無缺陷的二維MOF納米膜，提升了MOF膜制備的時效性和經(jīng)濟(jì)性，同時實(shí)現(xiàn)了氫氣/二氧化碳(H2/CO2)的高選擇性、高滲透率和穩(wěn)定分離。
該方法具備高度可拓展性，團(tuán)隊(duì)通過不同金屬離子與有機(jī)配體的靈活組合，構(gòu)筑了十二種具有不同框架結(jié)構(gòu)和孔道環(huán)境的MOF納米片。這一結(jié)果為面向應(yīng)用的MOF納米片和超薄二維MOF膜的定制化制備提供了新思路，可滿足不同應(yīng)用場景下的高性能分離需求。
相關(guān)研究成果以“Rapid fabrication of ultrathin two-dimensional metal-organic framework membranes for accurate gas separation”為題，于近日發(fā)表在《國家科學(xué)評論》(National Science Review)上。該工作的第一作者是我所504組博士研究生朱宸宇。上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青促會、遼寧省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
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