利用COF@MOF分层纳米结构在多孔膜（MMMs）中构建多条传输路径，以实现高效的二氧化碳分离

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Engineering Multiple Transport Pathways in MMMs Using COF@MOF Hierarchical Nanostructures for Efficient CO2 Separation

COF@ZIF纳米片作为功能填料提升PEO基混合基质膜CO2分离性能，通过二维传输通道加速CO2扩散、分子筛分排斥N2、氨基亲水维持表面润湿及水-CO2可逆作用实现多机制协同效应，渗透率达760.85 Barrer，选择性65.09。

　　

通过将共价有机框架（COF，TpPa-1）封装在氨基功能化的沸石咪唑骨架（ZIF，NH₂-ZIF-8；孔径约3.4 ?）中，制备出一种具有分层结构的新多孔晶体复合材料。这种分层结构被用作工程填料，用于制造基于聚环氧乙烷（PEO）的混合基质膜（MMMs），以实现高效的二氧化碳（CO₂）分离。与含有单一填料的传统MMMs不同，本研究设计的多孔晶体COF@MOF纳米片（TpPa-1@NH₂-ZIF-8）通过多机制协同策略显著提升了性能：TpPa-1不仅具有较高的CO₂吸附能力，还充当二维传输通道，促进CO₂的快速扩散。同时，NH₂-ZIF-8涂层实现了精确的分子筛分，有效阻挡了N₂等较大分子，从而提高了筛分选择性。此外，表面的氨基赋予了材料亲水性，使其能够吸附水分并保持表面湿润。吸附的水分子随后与CO₂发生可逆相互作用，进一步增强了亲和选择性和传输性能。这种集分子筛分、掩蔽效应和亲和相互作用于一体的协同结构，超越了传统的溶液-扩散机制，大幅提升了分离效率。TpPa-1@NH₂-ZIF-8复合纳米片通过原位生长方法制备，它们均匀分散在PEO基质中，并经过紫外线交联处理形成MMMs。表征结果显示，含有0.4 wt%填料的PEO/NH₂-ZIF-8@TpPa-1 MMMs表现出优异的CO₂分离性能：CO₂渗透率达到了760.85 Barrer，相对于原始PEO膜提高了292%；CO₂/N₂选择性达到了65.09，提高了146%。这些结果充分证明了该膜在气体分离方面的卓越效率和应用潜力。因此，构建具有分层孔结构的COF@MOF结构，并结合掩蔽效应和多机制传输路径的策略，为高性能气体分离膜的开发提供了有前景的方法。