制備出高性能超薄二氧化碳分離膜 相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上

雙碳目標(biāo)下，“捕獲”二氧化碳，發(fā)展低能耗、環(huán)境友好的二氧化碳選擇性分離膜具有重要意義。近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員楊維慎、副研究員彭媛團(tuán)隊(duì)在純相共價(jià)有機(jī)框架氣體分離膜方面取得新進(jìn)展，以二維共價(jià)有機(jī)框架(COFs)納米片為分離膜構(gòu)筑基元，誘發(fā)錯(cuò)排縮孔效應(yīng)，成功將COFs的孔徑縮小，實(shí)現(xiàn)小分子氣體二氧化碳的高效分離。相關(guān)成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。

長(zhǎng)久以來(lái)，針對(duì)混合氣體的高效分離，研究人員聚焦在擁有較小孔徑的金屬—有機(jī)框架材料上，而COFs由于孔徑大于0.8納米，一直被用作液體分離，難以精確分離小分子氣體。為了構(gòu)建具有高效二氧化碳分離性能的純相二維COFs膜，研究團(tuán)隊(duì)提出錯(cuò)位堆疊COFs納米片以縮小孔徑的設(shè)想。“這就像把大孔的漁網(wǎng)錯(cuò)位疊在一起網(wǎng)住小魚(yú)一樣。”彭媛說(shuō)。

要拆解重新組裝，必須得有極薄的COFs納米片。在前期研究基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)以3種不同表面化學(xué)和孔徑的層狀COFs材料為研究對(duì)象，發(fā)展出一種弱酸性溶劑剝層，并輔以溫和機(jī)械外力的方法，將厚度約3000納米的COFs材料剝離為厚度約2納米、尺寸達(dá)微米級(jí)的系列超薄納米片層。而后，通過(guò)精確控制納米片錯(cuò)排組裝策略，成功構(gòu)建出孔徑尺寸適合二氧化碳分離的純相COFs膜。COFs有豐富的表面官能團(tuán)，能夠選擇識(shí)別和吸附二氧化碳。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，COFs納米片錯(cuò)排縮孔效應(yīng)與骨架對(duì)二氧化碳選擇性吸附特性的協(xié)同作用，誘發(fā)了氣體在膜內(nèi)表面擴(kuò)散機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳/氫氣混合氣中大分子二氧化碳優(yōu)先滲透分離，分離性能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用需求。