金屬有機框架材料（MOF）是一類新型的有機-無機雜化多孔晶體材料，具有高比表面積、孔容、孔隙率和孔徑可調等特性，在氫氣、甲烷和二氧化碳等氣體的吸附分離領域受到了廣泛關注。近年來很多MOF或MOF/聚合物復合氣體分離膜不斷的被設計與開發出來，然而這些膜材料很難同時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基分離膜很容易產生缺陷，從而很難起到分離的效果，這些缺點都使得MOF基分離膜無法得到實際應用。
最近寧波材料所所屬新能源所科研人員首次將MOF與有機硅烷復合，成功設計與制備出了一系列具有高通量及高選擇性的復合氣體分離膜。
圖1. MOF/有機硅復合膜示意圖及其對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了不同MOF對于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)乙烷制備得到有機硅烷, 利用有機硅烷具有良好熱穩定性、可調孔徑以及與氧化鋁陶瓷管之間強相互結合力等特性，與MOF材料復合制備了超薄（<200 nm）雜化膜。
研究表明該類MOF復合膜的氣體分離性能直接取決于MOF結構的氣體吸附性能，其中ZIF-8復合膜擁有優異的H2選擇分離性能，在常溫條件下H2/CH4 （1:1混合氣）選擇性可達到26.5，同時H2通量可保持在1.06×10 -6 mol?m -2 ?s -1 ?Pa-1 ，而MIL-53-NH2復合膜則擁有優異的CO2選擇分離性能，其CO2/CH4（1:1混合氣）選擇性可達到18.2，CO2的通量仍然保持在1.44×10 -7 mol?m -2 ?s -1 ?Pa-1。相關研究成果以“Nanoscale MOF/Organosilica Membrane on Tubular Ceramic Substrate for Highly Selective Gas Separation”為題發表在Energy & Environmental Science（2017, DOI: 10.1039/C7EE00830A）上。
上述工作得到了國家基金委面上項目、浙江省自然基金委杰出青年基金、中科院青年創新促進會與寧波市創新團隊的大力支持。
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