01?摘要

在基于金屬有機(jī)框架（MOF）的混合基質(zhì)膜（MMM）中實(shí)現(xiàn)滲濾途徑而不影響其機(jī)械性能是具有挑戰(zhàn)性的。開(kāi)發(fā)相分離 (PS)-MMM，其具有跨整個(gè)膜的互連 MOF 結(jié)構(gòu)域。通過(guò)將兩種不混溶的聚酰亞胺分層，MOF 顆粒以超過(guò) 50 體積％的局部堆積密度選擇性地分配到優(yōu)選的聚合物域之一，從而形成僅 19 重量％ MOF 負(fù)載的滲透網(wǎng)絡(luò)。這種PS-MMM的CO2滲透性是純聚合物膜的6.6倍，而CO2/N2和CO2/CH4選擇性基本保持不變。同時(shí)，得益于其獨(dú)特的共連續(xù)形態(tài)，在相似的 MOF 負(fù)載量下，與傳統(tǒng) MMM 相比，PS-MMM 還表現(xiàn)出顯著提高的膜延展性。PS-MMM 提供了一種實(shí)用的解決方案，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高膜滲透性和良好的機(jī)械性能。

02?精彩亮點(diǎn)

1. 新型的基于金屬有機(jī)框架（MOF）的混合基質(zhì)膜（MMM），通過(guò)兩種不相容的聚酰亞胺的相分離，使MOF顆粒在其中一個(gè)優(yōu)選的聚合物域中選擇性地分配，形成了一個(gè)貫穿整個(gè)膜的連通的MOF域。

2. 這種相分離（PS）-MMM在只有19重量%的MOF負(fù)載時(shí)就實(shí)現(xiàn)了滲透網(wǎng)絡(luò)，其CO2透過(guò)率是純聚合物膜的6.6倍，而CO2/N2和CO2/CH4選擇性基本保持不變。

3. 與傳統(tǒng)的MMM相比，這種PS-MMM還因其獨(dú)特的共連續(xù)形態(tài)而表現(xiàn)出顯著改善的膜延展性。

4. PS-MMM為同時(shí)實(shí)現(xiàn)高膜透過(guò)率和良好機(jī)械性能提供了一種實(shí)用的解決方案。

03?圖文參考

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04?總結(jié)

傳統(tǒng)觀點(diǎn)告訴我們，MMM?中?MOF?顆粒的聚集被認(rèn)為是不受歡迎的事件。這是因?yàn)檫@種聚集通常是由?MOF-聚合物界面的不相容性驅(qū)動(dòng)的，這將進(jìn)一步導(dǎo)致界面缺陷和氣體分離性能受損。然而，在這項(xiàng)工作中，我們證明了由聚酰亞胺共混物分層驅(qū)動(dòng)的?MOF?顆粒的受控聚集不僅可以保留相容的?MOF-聚合物界面，而且還可以產(chǎn)生獨(dú)特的共連續(xù)形態(tài)，聚合物和?MOF?域在整個(gè)膜中都顯示出良好的連續(xù)性。通過(guò)微調(diào)MOF負(fù)載量、聚合物配比、聚合物組成、溶劑蒸發(fā)速率等各種參數(shù)，局部MOF堆積密度可高達(dá)53%（v/v），而平均顆粒間距集中在?20?nm?左右。隨著MOF域之間的高度連續(xù)性，這些獨(dú)特的形態(tài)特征有效地減少了MOF顆粒之間的聚合物勢(shì)壘厚度，從而大大增加了CO22在?MOF?負(fù)載量?jī)H為?19?wt%?的情況下，MMM?的滲透性達(dá)到純聚合物膜的?6.6?倍。此外，得益于膜中存在的連續(xù)純聚合物相，在相同?MOF?負(fù)載量下，PS-MMM?與傳統(tǒng)?MMM?相比表現(xiàn)出更高的延展性。此功能對(duì)于在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中部署?MMM?是必不可少的。假設(shè)?PS-MMM?至少包含三種成分，膜形態(tài)會(huì)受到許多相互交織的因素的影響。因此，未來(lái)的努力應(yīng)該集中在微調(diào)膜形態(tài)并理解它們的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。我們相信這一發(fā)現(xiàn)將為氣體分離MMM的合理設(shè)計(jì)開(kāi)辟一條新途徑。

05?參考文獻(xiàn)

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* 文獻(xiàn)資料?DOI: 10.1126/sciadv.adf5087