金屬有機(jī)框架材料（MOF）是一類新型的有機(jī)-無機(jī)雜化多孔晶體材料，具有高比表面積、孔容、孔隙率和孔徑可調(diào)等特性，在氫氣、甲烷和二氧化碳等氣體的吸附分離領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。近年來很多MOF或MOF/聚合物復(fù)合氣體分離膜不斷的被設(shè)計(jì)與開發(fā)出來，然而這些膜材料很難同時(shí)兼有氣體的高滲透性和高選擇性，而且以氧化鋁陶瓷管為載體制備的MOF基分離膜很容易產(chǎn)生缺陷，從而很難起到分離的效果，這些缺點(diǎn)都使得MOF基分離膜無法得到實(shí)際應(yīng)用。
最近寧波材料所所屬新能源所科研人員首次將MOF與有機(jī)硅烷復(fù)合，成功設(shè)計(jì)與制備出了一系列具有高通量及高選擇性的復(fù)合氣體分離膜。
圖1. MOF/有機(jī)硅復(fù)合膜示意圖及其對(duì)H2、CO2與CH4等氣體的分離性能
在前期研究中，林貽超博士與陳亮研究員分析與總結(jié)了不同MOF對(duì)于CO2與CH4的選擇吸附特性（Advanced Energy Materials 2017, 7, 1601296），并基于此選擇了CAU-1、MIL-53-NH2和ZIF-8等三種代表性MOF用于氣體復(fù)合分離膜的制備。在本研究中，陳亮研究員、孔春龍研究員與美國德克薩斯大學(xué)陳邦林教授合作，通過水解1,2-雙(三乙氧基硅基)乙烷制備得到有機(jī)硅烷, 利用有機(jī)硅烷具有良好熱穩(wěn)定性、可調(diào)孔徑以及與氧化鋁陶瓷管之間強(qiáng)相互結(jié)合力等特性，與MOF材料復(fù)合制備了超。<200 nm）雜化膜。
研究表明該類MOF復(fù)合膜的氣體分離性能直接取決于MOF結(jié)構(gòu)的氣體吸附性能，其中ZIF-8復(fù)合膜擁有優(yōu)異的H2選擇分離性能，在常溫條件下H2/CH4 （1:1混合氣）選擇性可達(dá)到26.5，同時(shí)H2通量可保持在1.06×10 -6 mol?m -2 ?s -1 ?Pa-1 ，而MIL-53-NH2復(fù)合膜則擁有優(yōu)異的CO2選擇分離性能，其CO2/CH4（1:1混合氣）選擇性可達(dá)到18.2，CO2的通量仍然保持在1.44×10 -7 mol?m -2 ?s -1 ?Pa-1。相關(guān)研究成果以“Nanoscale MOF/Organosilica Membrane on Tubular Ceramic Substrate for Highly Selective Gas Separation”為題發(fā)表在Energy & Environmental Science（2017, DOI: 10.1039/C7EE00830A）上。
上述工作得到了國家基金委面上項(xiàng)目、浙江省自然基金委杰出青年基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)與寧波市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的大力支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ee/c7ee00830a#!divAbstract
