僅隔一周！北京理工大學又發Science

小胖紙 10個月前 (10-21) 1875瀏覽

【導讀】

基于膜的分離（membrane-based separation）技術作為一種節能分離技術，因其對減少碳排放和污染的需求而備受關注。其中，疏水聚合物膜廣泛應用于滲透汽化回收生物乙醇，但聚合物基滲透汽化膜的分離性能普遍受到滲透性或選擇性較低，需要平衡滲透性和選擇性的限制。因此，開發一種制造高性能滲透汽化膜的策略有助于降低工業生物燃料生產的能源消耗和提高效率。金屬-有機骨架（MOFs）因其獨特的吸附親和性、高可設計性和多樣化的孔隙結構和尺寸受到廣泛的研究。將高孔隙率的MOFs嵌入到聚合物基質中可制備混合基質膜（mixed-matrix membranes, MMMs），但MMMs中的傳輸途徑仍然由聚合物基質主導。此外，襯底支撐異質外延MOFs膜在液體分離中的應用也受到限制。與3D MOF膜相比，定向2D MOF納米片（MOF-NS）膜通常具有良好的分離性能。然而，由于剛性MOFs和柔性基體之間的沖突，在聚合物基板上控制MOF納米片的生長具有挑戰性。

【成果掠影】

在2022年10月20日，北京理工大學趙之平教授和馮英楠助理教授（共同通訊作者）等人報道了一種在聚合物基質上構建具有蜂窩狀結構的高度柔性金屬-有機骨架納米片（MOF-NS）膜的策略，并用于乙醇-水的超快分離。通過表面涂層法控制生長，作者有效地制備了柔性且無缺陷的超疏水MOF-NS膜。作者利用電子顯微鏡觀察，發現柔性MOF-NS膜的可逆變形和垂直層間通路。此外，分子模擬證實了結構，并揭示了轉運機制。實驗測試發現，在40 ℃下滲透蒸發5 weight %乙醇-水時，MOF-NS膜中的超快傳輸通道具有超高通量和8.9的分離因子，可用于生物燃料回收。同時，MOF-NS和聚二甲基硅氧烷協同促進分離性能。研究成果以題為“Highly flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation”發布在國際著名期刊Science上。