氫氣作為下一代最具發(fā)展?jié)摿Φ哪茉粗?，在減少碳排放方面發(fā)揮著重要作用。發(fā)展以膜分離為代表新一代綠色高效分離技術(shù)對于氫能應用的推廣和促進碳中和目標的實現(xiàn)具有重要意義。
傳統(tǒng)聚合物膜的發(fā)展受到通量和選擇性之間的“trade-off”效應（即Robeson上限）的限制。而以二維金屬有機骨架（MOF）為代表的多孔納米片由于其納米級厚度和面內(nèi)多孔結(jié)構(gòu)，成為構(gòu)建高性能分離膜的理想候選材料。
然而，盡管越來越多的研究工作開始關(guān)注二維MOF膜在氣體分離方面的應用，但很少有人研究在膜制備過程中MOF納米片AA或AB堆疊方式對膜的氣體分離性能影響的潛在機制。一方面，通過傳統(tǒng)方法如真空過濾、旋涂所制備的膜很難調(diào)控納米片的堆疊模式；另一方面，大多數(shù)二維MOF納米片，如Zn2(bim)4，Cu-TCPP和MAMS-1，傾向于根據(jù)θ表現(xiàn)出多種堆疊模式（θ表示相鄰納米片的相對水平位置）。
近日，清華大學的王海輝教授和華南理工大學的魏嫣瑩教授合作，以二維層狀MOF材料[Cu2Br(IN)2]n為研究對象，通過對MOF納米片堆疊模式的調(diào)控，實現(xiàn)了用于H2/CO2和H2/CH4分離的高性能超薄分離膜的構(gòu)建。 由于[Cu2Br(IN)2]n納米片-Br基團的關(guān)鍵誘導作用，使得其片與片之間理論上只以AA或/和AB的模式堆疊。得益于這一獨特結(jié)構(gòu)，作者利用熱滴涂的制膜方法，通過改變制膜溫度并結(jié)合溶劑液滴的沸騰狀態(tài)探究了不同溫度下溶劑液滴的蒸發(fā)速率差異。而溶劑液滴的蒸發(fā)速率和沸騰狀態(tài)導致了所制備的納米片膜中AA和AB堆疊模式比例的不同，進而影響了膜的氣體分離性能。 通過對機理的分析，作者確定了最佳的膜制備條件。在此條件下所制備的[Cu2Br(IN)2]n納米片膜對H2/CH4和H2/CO2都表現(xiàn)出了較高的分離性能，超過了Robeson氣體分離上限。 王海輝教授團隊的研究為在不同沸騰狀態(tài)下的溶劑液滴中納米片的堆疊行為提供了新的視角，并為二維納米片膜的基本組裝過程提供了新的見解，豐富了二維MOF膜的結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控策略。所制備的[Cu2Br(IN)2]n納米片膜代表了一種用于H2分離的新方法，為支持實現(xiàn)可持續(xù)、碳中和的未來提供了一條潛在路徑。 論文信息 Tuning the Stacking Modes of Ultrathin Two-Dimensional Metal–Organic Framework Nanosheet Membranes for Highly Efficient Hydrogen Separation Shizheng Song, Wei Wang, Yali Zhao, Wufeng Wu, Prof. Yanying Wei, Prof. Haihui Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202312995
