MXene/ZIF-8复合膜高效氢纯化：导电界面调控与快速电流驱动合成的协同突破

为解决微孔聚合物基底上连续无缺陷MOF膜生长难题，研究人员提出MXene堆叠修饰策略，结合喷涂与快速电流驱动合成（FCDS）技术，成功制备ZIF-830 min-MXene/Nylon复合膜。该膜展现2032.3 GPU的H2渗透率和87.2的H2/CO2选择性，突破Robeson上限，为氢能经济提供高效分离方案。

　　

在全球氢能经济加速发展的背景下，高效节能的氢气分离技术成为清洁能源生产的关键环节。传统分离方法能耗高、效率低，而膜分离技术因其环境友好、操作简便等优势备受关注。金属有机框架（MOF）材料凭借可调的孔结构和明确的分子筛通道，被视为理想的气体分离膜候选者。其中，ZIF-8（沸石咪唑酯骨架材料-8）因其适宜的孔径（0.34 nm）和优异的化学稳定性，成为氢分离膜研究的焦点。然而，如何在微孔聚合物基底上快速生长连续无缺陷的MOF膜，仍是制约其实际应用的重大挑战。

针对这一难题，中国的研究团队创新性地提出MXene纳米片堆叠修饰策略。通过采用大尺寸MXene纳米片（~7 μm）构建功能涂层，同步降低基底表面粗糙度并增强导电性，为后续MOF膜生长创造理想条件。结合喷涂技术与快速电流驱动合成（FCDS）方法，团队成功制备出ZIF-8-MXene/Nylon复合膜。与传统二次生长或溶剂热法相比，该技术将制备时间缩短至1小时内，且操作条件温和（室温常压）。

关键技术包括：1）大尺寸MXene纳米片的制备与表征；2）喷涂技术在微孔尼龙基底上构建超薄MXene修饰层（~100 nm）；3）FCDS法快速合成ZIF-8选择性层；4）气体渗透性能测试系统评估分离效能。

Characterizations of large-flake MXene nanosheets
通过重力沉降纯化MAX相前驱体，经温和蚀刻和尺寸选择离心，获得横向尺寸约7 μm的MXene纳米片。原子力显微镜显示其厚度仅1.2 nm，X射线衍射证实成功剥离为单层结构。该纳米片在尼龙基底上形成致密修饰层，表面粗糙度（Ra）从58.9 nm降至8.7 nm。

Conclusions
研究证实，MXene中间层不仅提供导电平台促进ZIF-8成核，其自身堆叠结构还贡献分子筛效应。最优条件下制备的ZIF-8_{30 min}-MXene/Nylon膜实现2032.3 GPU的H₂渗透率与87.2的H₂/CO₂选择性，显著超越2008年Robeson上限。该工作为聚合物基底MOF膜制备提供了普适性策略，推动氢分离技术向工业化迈进。

论文发表于《Journal of Membrane Science》，通讯作者为Yanying Wei和Zong Lu。研究获得国家自然科学基金（U23A20115）、广东省自然科学基金（2024A1515012724）等项目支持。这项工作不仅解决了导电基底依赖性问题，还通过MXene-ZIF-8协同效应提升分离性能，为未来设计多功能复合膜开辟新思路。