近日，我所無機膜與催化新材料研究組（504組）楊維慎研究員、班宇杰副研究員團隊在金屬-有機骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）膜分離研究中取得新進展，利用原位界面組裝策略，構(gòu)筑了表觀厚度為零、高度取向的膜-載體互鎖型復合微結(jié)構(gòu)MOF膜，實現(xiàn)H2/CO2高效分離。
ZIF-L各向異相傳質(zhì)速率理論模擬、膜-載體互鎖型復合微結(jié)構(gòu)ZIF-L膜構(gòu)筑理念與分離結(jié)果
金屬-有機骨架膜在低能耗化工分離領(lǐng)域具有廣闊應用前景。發(fā)展金屬-有機骨架膜的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如，降低膜層厚度以極大減小傳質(zhì)阻力；調(diào)控膜的孔道取向以優(yōu)化分子選擇性傳輸；強化晶界結(jié)構(gòu)以最大程度減少缺陷流等。
本工作中，該研究團隊利用原位界面組裝策略制備了ZIF-L膜，通過調(diào)變配體濃度，可將膜層完全限制在載體孔隙內(nèi)，形成高度取向的膜-載體互鎖型復合微結(jié)構(gòu)（MIS），膜表觀厚度為零。ZIF-L膜的氣體測試結(jié)果顯示，其H2/CO2分離因子超過200，H2滲透率達4000GPU以上，性能位于工業(yè)應用目標區(qū)域。MIS-ZIF-L膜還展現(xiàn)出良好的機械穩(wěn)定性，以硅橡膠墊反復刮擦膜表面，不會造成其選擇性下降。該工作為MOF膜的微結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要方向。
此外，該研究團隊與中國科學技術(shù)大學李微雪團隊合作，通過理論計算證實了膜材料各向異性傳質(zhì)速率，為本項研究的開展提供重要的前期指導。
相關(guān)工作以題為“ZIF-L Membrane with a Membrane-interlocked-support Composite Architecture for H2/CO2 Separation”發(fā)表在《科學通報》（Science Bulletin）上。該工作的第一作者是我所504組2016級博士研究生楊昆。該工作得到國家自然科學基金、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、中科院青促會等項目的支持。（文/圖 班宇杰、楊昆）
