综述：金属有机框架和聚合物在混合基质膜中用于二氧化碳捕获的研究回顾

这篇综述系统回顾了MOF（金属有机框架）与聚合物结合的混合基质膜（MMM）在CO2捕获领域的研究进展，重点探讨了材料设计、界面优化、性能突破（如突破Robeson上限）及规模化挑战，为开发高效、稳定的碳捕集技术提供了前瞻性视角。

　　

金属有机框架与聚合物的协同革命：混合基质膜捕获二氧化碳

引言

全球CO₂排放持续攀升，推动了对高效碳捕集技术的需求。混合基质膜（MMM）通过将多孔纳米填料（如金属有机框架MOF）嵌入聚合物基质，兼具高渗透性和选择性，成为解决传统膜材料性能瓶颈的新策略。

MOF基CO₂捕获策略

MOF由金属节点和有机配体构成，其可调的孔径（如3.3 ?的CO₂分子筛）和开放金属位点（OMS）能特异性吸附CO₂。例如，Mg-MOF-74通过Cu²⁺与CO₂的静电作用实现高选择性，而柔性MOF（如Co(BDP)）则通过动态孔径变化实现“门控”吸附。

MMM的集成挑战与突破

界面缺陷控制是核心难题：

• 空隙缺陷：MOF与聚合物相容性差会导致非选择性渗透，如PDMS基质中UiO-66的共价接枝将CO₂/N₂选择性从1.0提升至10.0。
• 聚集问题：通过氨基功能化（如NH₂-HKUST-1）或离子液体（[Emim][Tf₂N]）涂层可增强界面粘附。

中空纤维膜（HFMMM）因其高表面积和机械强度成为工业化首选，如Pebax^? 1657/UiO-66膜在50 wt%负载下仍保持均匀分散。

性能突破与机器学习预测

部分MMM已突破2019年Robeson上限，如PIM-1/UiO-66-NH₂通过原位聚合实现CO₂渗透率12498 Barrer和α_CO2/N2=54.2。机器学习（如随机森林模型）可快速筛选MOF-聚合物组合，预测最优孔径（>10 ?）和比表面积（≈800 m²/g）。

规模化困境与未来方向

湿度敏感性：多数MOF（如M-MOF-74）在水分存在下性能骤降，但IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂通过氨基化学吸附在95%湿度下保持1.2 mmol/g吸附量。三元气体分离（如CO₂/H₂S/CH₄）仍需深入验证。

结论

MOF基MMM在碳捕集领域展现出巨大潜力，但需跨学科合作解决界面工程、规模化生产等挑战，推动其从实验室走向工业应用。