近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所無機膜與催化新材料研究組研究員楊維慎、副研究員班宇杰團(tuán)隊提出以簡單“零維分子”——2-甲基咪唑（mim）為基元，構(gòu)筑高選擇性分子篩膜，實現(xiàn)氫氣（H2）和二氧化碳（CO2）分子的有效分離。該“零維”分子篩膜在高純H2獲取及CO2捕獲中具有重要應(yīng)用潛力。
SAM氣體滲透性質(zhì)
分子篩膜一般由納米孔材料（例如沸石、金屬-有機骨架）等制備得到。其本征孔結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)分子傳輸分離，在高效、低能耗化工分離領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。目前廣泛研究的經(jīng)典分子篩膜是以三維微米晶?；蚨S納米片為主要構(gòu)筑基元，但是由于基元間屬“弱連接”，晶間缺陷不可避免，因此分子篩膜分離的選擇性受到極大限制。
本工作中，該團(tuán)隊借助具有開放金屬位的活性基層，誘導(dǎo)mim蒸氣分子在活性基層上定向“著陸”，實現(xiàn)“零維分子”的有序組裝，形成高度取向的超分子陣列膜（Supramolecule array membrane, SAM），即“零維”分子篩膜，可利用該分子篩膜的埃米級分子間隔，實現(xiàn)精確篩分具有微小尺寸差異的H2（0.289nm）和CO2（0.33nm）分子。研究發(fā)現(xiàn)，“零維”分子篩膜中的構(gòu)筑基元憑借超分子的相互作用有序聚集，可全面消除經(jīng)典分子篩膜的晶間缺陷，與目前性能最優(yōu)的分子篩膜相比，其H2和CO2的分離選擇性提高了一個數(shù)量級?！傲憔S”分子篩膜以“零維分子”直接作為基元構(gòu)筑新一代分子篩膜，該理念變革了傳統(tǒng)分子篩膜的構(gòu)筑基元類型、微觀堆砌模式和分離傳輸通道，對分子篩膜的發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。
相關(guān)工作以“High-selective Supramolecule Array Membrane Made of Zero-dimensional Molecules for Gas Separation”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上?！兜聡鴳?yīng)用化學(xué)》編輯稱“同行評議一致認(rèn)為該工作所報道的結(jié)果很重要甚至非常重要”，“僅有不到 10% 的文稿可獲得如此積極的評價”。該工作的第一作者是大連化物所2018級博士研究生趙萌和班宇杰副研究員。該工作得到國家自然科學(xué)基金委重大項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項B類“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202108185
