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NatureMaterials:當MOFs邂逅Polymer催生高效氣體分離薄膜材料

生活更新时间:2024-07-22 20:17:33

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前言

在衆多氣體分離與提純方法中，基于薄膜材料的分離方法最為綠色節能。薄膜材料雖然優勢明顯、前景無限，但制備出可以與傳統分離效率相媲美的薄膜材料卻困難重重。在最新一期的nature materials中，來自美國、沙特阿拉伯和中國的研究者們報道，他們将亞微米級别的MOF晶體材料融合到高聚物材料中，最終将面心立方結構的MOF制備成理想氣體分離薄膜。他們發現這一材料在氣體分離方面表現出優異的性能，主要體現在兩個氣體分離領域：天然氣中CO2和H2S的祛除；丁烷同分異構體的分離。研究表明，性能的提升主要來自于對MOF材料中有機連接體類型與尺寸的精細調控。

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背景介紹

MOF材料具有其獨特的孔道結構、高比表面積，因而在氣體分離領域，特别是小分子氣體分離方面表現出了很強的應用前景。近兩年來，Science、Nature上的相關文章不絕于耳（請參見文末相關閱讀）。MOF雖好但總有些缺點，比如其在甲烷中硫化氫的祛除、丁烷同分異構體分離方面就鮮見報道。原因主要有以下幾點：1.穩定性，此處也可以理解為耐酸性；2.純MOF成膜難度以及MOF與高聚物的兼容性；3.大孔徑MOF合成以及孔徑可調性。

本文從一種面心立方MOF出發，合成出新型MOF/Polymer複合薄膜材料。MOF結構中具有貫穿的四面體和八面體籠，表面具有獨特的三角形窗口。通過調節MOF中有機連接部分的類型和尺寸，可以精确調變表面三角形窗口的大小，從而實現氣體分離。

圖文快解

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圖1 | rE-fcu-MOF/polymer複合薄膜材料的合成設計思路與結構表征

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圖2 | 氣體分離效率

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圖3 | 孔結構與氣體分離

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圖 4 混合氣體分離性能

備注：由于小編學識有限，如有不科學之處，懇請方家指正，更多精彩内容請大家移步閱讀原文。

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