近日大連理工大學(xué)劉毅教授和北京師范大學(xué)孫彥威副研究員綜述了取向金屬有機(jī)框架（MOF）分離膜方面的最新研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了實(shí)現(xiàn)優(yōu)先取向調(diào)控開(kāi)發(fā)的多種新型MOF膜制備方法，同時(shí)深入探討了優(yōu)先取向與膜性能之間的構(gòu)效關(guān)系。
圖1 綜述內(nèi)容簡(jiǎn)述示意圖 MOF是一種具有結(jié)晶多孔結(jié)構(gòu)的配位化合物，由無(wú)機(jī)節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體通過(guò)配位鍵形成。上述結(jié)構(gòu)使其具有多樣的骨架組成和可調(diào)的物化性質(zhì)。相應(yīng)地，MOF膜的分離性能表現(xiàn)出顯著的晶體取向依賴性，包括氣體滲透性和分子識(shí)別能力，這主要?dú)w因于其晶格結(jié)構(gòu)的各向異性。 近年來(lái)，通過(guò)開(kāi)發(fā)和采用多種類型的制膜策略，科學(xué)家已成功開(kāi)發(fā)出多種類型的取向MOF膜。相較而言，采用原位生長(zhǎng)法將導(dǎo)致MOF膜產(chǎn)生隨機(jī)取向，從而使得精確控制MOF膜優(yōu)先取向非常具有挑戰(zhàn)性；而原位生長(zhǎng)前在載體表面預(yù)先引入金屬前驅(qū)體或碳納米管作為緩沖層，可在一定程度上調(diào)節(jié)MOF晶粒子異質(zhì)成核和生長(zhǎng)，從而有助于更加精準(zhǔn)地調(diào)控MOF膜優(yōu)先取向。相較而言，外延生長(zhǎng)由于結(jié)合了MOF晶種層預(yù)沉積與可控外延生長(zhǎng)，可更精確地調(diào)控MOF膜的優(yōu)先取向。外延生長(zhǎng)通常涉及兩類生長(zhǎng)機(jī)制：定向外延生長(zhǎng)和進(jìn)化生長(zhǎng)。前者指的是沿著從晶種層繼承的晶體學(xué)取向進(jìn)行的外延生長(zhǎng)?；谏鲜鰴C(jī)制，科學(xué)家已制備了包括ZIF-69、ZIF-8、ZIF-L、MOF-5、UiO-66和MIL-125等多種類型的高度取向MOF分離膜；后者則涉及隨機(jī)取向晶種層的van der Drift進(jìn)化選擇，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性外延生長(zhǎng)，最快的生長(zhǎng)方向決定了膜層的優(yōu)先取向，采用上述機(jī)制制備了取向UiO-66、UiO-67、ZIF-7、ZIF-8和ZIF-L等多種類型MOF分離膜。 盡管在制造和應(yīng)用方面已取得顯著進(jìn)展，但制備高度取向MOF膜仍面臨若干亟需解決的挑戰(zhàn)。首先，需要進(jìn)一步提高取向調(diào)控精度。當(dāng)前的制備方案在晶種形貌和外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)控制方面仍存在諸多限制，這就了可制備的取向MOF膜種類。其次，需要開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便高效且低成本的大規(guī)模制備定向MOF膜技術(shù)。此外，還需克服MOF膜加工中常見(jiàn)的放大效應(yīng)。最后，亟需保持取向MOF膜在苛刻操作條件（如高溫高壓、酸堿環(huán)境和雜質(zhì)存在）下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。此外，如何在保證優(yōu)異分離性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加其機(jī)械強(qiáng)度仍是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 論文信息 Oriented Metal-Organic Framework Membranes for Molecular Separations Dr. Yanwei Sun, Prof.?Dr. Yi Liu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202304162
