我科研人員制備氣體分離“大師”

筆者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，該所楊維慎團隊近日在氣體分離膜領域取得重要進展，制備了氣體分離“大師”——一個厚度小于10納米的超薄MOF納米片膜，該膜可單獨通過氫氣，而將不需要的二氧化碳留下。相關成果以通訊形式發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。

所謂氣體膜分離技術，是指在一定壓力差的驅動下，混合氣體透過膜的傳輸速率不同，達到分離目的的一種高效分離工藝手段，分離過程不發生相變。

楊維慎說，氣體膜分離的能耗更低，碳排放量更少，是一種高效、節能的分離技術。

膜分離的基礎和核心就是膜材料。聚合物則以其易于成型、成本低廉等優勢占領了全球膜分離市場的主要份額。然而聚合物膜滲透通量高時，往往分離選擇性低；分離選擇性高時，滲透通量又不盡如人意，這嚴重制約了聚合物膜的應用。

楊維慎研究員帶領團隊以金屬-有機骨架材料（MOF）為研究對象，在國際上率先提出以二維多孔納米片構筑高效超透氣型分離膜，試著突破這一瓶頸。

楊維慎研究團隊選取了一種結構穩定的層狀MOF前驅體，在溫和的物理外力作用下，于國際上首次剝層得到單分子層厚度的MOF納米片，隨后利用自主研發的熱組裝法制備了具有超高氣體滲透通量和精確分子篩分能力的二維MOF納米片膜。

這一成果曾于2014年發表于國際頂級學術期刊《科學》（Science）上，受到國際同行的高度關注和認可。

近日，楊維慎團隊在二維MOFs氣體分離膜領域又取得新的重要進展：研究團隊選擇了一種全新雙親性層狀MOF前驅體Zn2（Bim）3，首次將其開層得到雙層厚度納米片，并通過熱組裝方法制備了厚度小于10納米的超薄MOF納米片膜。

更為有趣的是，由于雙親性材料對二氧化碳的“偏愛”，二氧化碳分子想要透過膜，需要耗費更多的能量，因此該膜隨著測試溫度的升高，其對氫氣透量和混合氣體分離選擇性同時升高，二氧化碳透量卻幾乎不變，完全不像其他二維納米片膜材料那樣性能隨溫度升高而降低。

在楊維慎團隊看來，這個新型雙親性MOF納米片，不僅在二氧化碳燃燒前捕獲領域具有廣闊應用前景，對于未來納米片膜材料的選取也具有重要指導意義。

邱晨輝