氣體分離膜因其能源消耗低、運(yùn)行成本低，并且能夠最大限度減少二次污染，在化學(xué)工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。因此，探索先進(jìn)的膜材料對(duì)于推動(dòng)氣體分離膜技術(shù)的進(jìn)步具有至關(guān)重要的意義。
將兩種或兩種以上的材料結(jié)合起來(lái)構(gòu)建具有異質(zhì)孔結(jié)構(gòu)的膜，是提高分離性能的有效策略。常見的制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)膜的方法是使用聚合物和多孔填料制備成混合基質(zhì)膜，或采用兩種不同的多孔填料來(lái)構(gòu)建相對(duì)有序的異質(zhì)結(jié)構(gòu)膜。然而，這些制備技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致相分離、晶界缺陷等問題，進(jìn)而影響膜的性能和耐用性。多孔有機(jī)籠（POCs）是由離散分子組成的新興多孔材料，具有固有空腔，并且傾向于窗口對(duì)窗口地堆積排列方式，從而形成三維連通的孔隙網(wǎng)絡(luò)。這種離散的多孔籠有著模塊化的特點(diǎn)，能像“樂高”積木一樣通過分子間的作用力來(lái)“混合和匹配”，創(chuàng)造出不同的共晶結(jié)構(gòu)。 近日，浙江大學(xué)的劉明研究員團(tuán)隊(duì)采用了共晶策略，制備了一系列具有不同腔體大?。ɑ虬瑹晒馓匦缘模?、具有良好結(jié)晶性的亞胺籠氣體分離膜。通過引入高度規(guī)整、交替排列的小孔和大孔結(jié)構(gòu)，解決了氣體分離膜中滲透性和選擇性之間的制約平衡問題。另外，共晶策略也可應(yīng)用于大環(huán)分子體系中，制備大環(huán)分子籠的共晶膜并同樣展現(xiàn)了良好的氣體分離性能。 共晶膜展現(xiàn)出了較高的H2滲透量和H2/CO2選擇性，整體性能超過了2008年的羅伯森上限，表明打破了滲透量與選擇性之間的制約平衡。由于分子籠通過手性識(shí)別作用，在對(duì)應(yīng)手性識(shí)別作用力的驅(qū)動(dòng)下，形成了更緊密的堆積結(jié)構(gòu)。因此表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性和耐高壓性。此外，共晶膜還表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)效穩(wěn)定性，即使經(jīng)過100小時(shí)的連續(xù)測(cè)試，性能幾乎無(wú)下降， XRD分析也顯示它們?nèi)跃哂懈呓Y(jié)晶度。 此外，共晶策略還能被成功應(yīng)用于其他分子體系，比如大環(huán)分子：同樣能用晶體工程策略構(gòu)建具有異質(zhì)孔道的分離膜，展現(xiàn)了該策略的普適性。這種可整合具有不同結(jié)構(gòu)、功能的分子的成膜方法能有效拓展氣體分離膜的孔道特性，此工作也展現(xiàn)了多孔有機(jī)分子材料在氣體的膜分離應(yīng)用中的巨大潛力。 論文信息 Regularly Arranged Heterogeneous Pores in Gas Separation Membranes Constructed by Cocrystallization of Porous Organic Molecules Saisai Yu, Siyuan Yang, Miao Yang, Ju Yang, Ziye Song, Dingyue Hu, Heng Ji, Zhe Jia, Prof. Ming Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202420086
