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《自然·材料》:金属诱导有序微孔聚合物膜用于气体分离
更新日期:2018-11-27  

近日,天津大学化工学院王志教授团队及其合作者首次实现了超薄多孔膜的大面积制备,可更为容易地实现二氧化碳的分离与捕集。1119日下午,该科研成果在《自然·材料》杂志在线发表(Metal-induced ordered microporous polymers for fabricating large-area gas separation membranes, Nat. Mater., 2018, DOI: 10.1038/s41563-018-0221-3)。


1. 短链的高分子通过金属离子和有机连接剂相互连接构成了有序微孔聚合物

二氧化碳(CO2)的分离与捕集对于缓解生产过程中温室气体的排放具有重要意义。但是,在碳捕集方面,目前在气体分离中大放异彩的金属有机框架(MOFs)材料效果并不理想。其重要原因是大部分的碳分离捕集过程都会涉及到水份的影响,在潮湿的条件下MOFs材料的结构不是很稳定。并且在制备过滤膜的时候,MOFs材料一般会被涂覆到高分子薄膜上来形成“混合相”的薄膜。但是由于MOFs和薄膜之间没有化学的桥接作用,因此实际的过滤薄膜会存在很多缺陷以及MOFs的团聚,从而造成过滤膜的性能缺失。

该团队发现可以通过金属诱导的方法来合成有序微孔膜,用于高效地分离CO2/N2。在该论文中,作者以金属离子(Cu2+, Zn2+),有机偶联分子和短链的高分子聚合物作为结构单元,成功构筑了具有有序微孔结构的金属诱导有序微孔聚合物(MMPs)。MMPs可以涂覆在商业的薄膜上,具有很好的机械稳定性。且由于CO2和其中的聚合物单元具有较好的亲和性,因此能够透过薄膜;而亲和性较差的氮气被阻挡,从而实现了气体的分离。来自德州农工大学的Prof. Freeman在同期的杂志上发表评论(Nat. Mater., DOI: 10.1038/s41563-018-0235-x),认为该项工作为气体的分离技术开辟了一个全新的领域。


2. 金属诱导有序微孔聚合物(MMPs)的晶体结构及其形貌


3. 构筑的分离膜的形貌及其分离性能

(来源:天津大学