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  離子液體對CO?的選擇性溶解這一關鍵優勢，正賦能并推動著以CO?捕獲為目標的下一代多功能氣體分離膜技術。然而，基于離子液體的分離膜發展道路上始終橫亙著一道難以逾越的鴻溝：分離性能與穩定性的“蹺蹺板”困境。傳統基于離子液體的膜材料，如離子液體支撐液膜、離子液體/聚合物復合膜及聚離子液體膜等，普遍面臨CO₂滲透通量與穩定性之間難以調和的矛盾：提升CO₂滲透通量通常需要減小膜厚，但這往往以犧牲機械強度和長期運行穩定性為代價；而為了保證穩定性增加膜厚，又會顯著增大氣體傳輸阻力，導致滲透通量急劇下降。這一相互制約的設計要求，嚴重限制了離子液體膜的實際應用。因此，如何打破基于離子液體的分離膜滲透通量與穩定性之間的制衡，成為發展離子液體分離膜的重中之重。

  為解決這一難題，浙江大學徐志康教授、張超研究員團隊提出了一種光熱誘導的限域凝膠化和鎖定工程策略，成功制備超薄雙重受限離子凝膠膜（DCIMs）。一方面，該策略將緊密堆疊的碳納米管骨架作為高效的“光熱受限反應器”，其在光照下可產生局部高溫，并同時借助離子液體調控凝膠前驅體的聚合行為，精確觸發僅發生在骨架內部的凝膠化反應，成功將分離層厚度從傳統的上百微米大幅縮減至1-3微米，極大地降低了氣體傳質阻力。另一方面，離子凝膠前驅體在碳納米管骨架內原位形成三維網絡，與碳納米管相互穿插，構成了“碳納米管骨架”與“凝膠網絡”的雙重限域結構，將離子液體牢牢鎖定，解決了其在高壓和長期運行下的流失問題，大大提高了膜穩定性。得益于此協同設計，所制備的DCIMs展現出優異的綜合性能：CO₂滲透通量高達113 GPU，同時對N₂和CH₄保持了卓越的選擇性（CO₂/N₂選擇性為68，CO₂/CH₄選擇性為88），性能遠超大多數已報道的離子液體分離膜材料。更引人注目的是，該膜展現出杰出的耐高壓和耐久性，能承受高達9 bar的跨膜壓力而無明顯性能衰減，且在連續運行7天后仍能保持優異的分離性能，成功打破了長期以來困擾該領域的“滲透通量-穩定性”制衡效應。

  2025年9月29日，相關研究成果以“Ultrapermeable, Durable CO₂-selective Ionogel Membranes via Photothermal-steered Confined Gelation and Locking Engineering”為題發表在Advanced Functional Materials上。論文的第一作者為本科生呂明秀（現為25級直博生），通訊作者為浙江大學張超研究員和徐志康教授，以及深圳技術大學鄧亞駿副教授。本工作得到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金和中央高校基本科研業務費的資助。

圖1. 超薄雙重受限離子凝膠膜（DCIMs）的設計、制備與優勢。

圖2. 離子凝膠的表征。

圖3. 超薄DCIMs的形貌與氣體分離性能。

圖4. 超薄DCIMs優異的CO₂分離性能。

圖5. 超薄DCIMs用于CO₂分離的耐高壓與耐久性。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202518776