综述：二维纳米材料混合基质膜在可持续CO2分离中的应用：从分子工程设计到高效修饰策略

本综述系统探讨了二维纳米材料（2DNMs）在混合基质膜（MMMs）中的突破性应用，针对纳米粒子聚集、界面缺陷、塑化效应等关键挑战，提出了表面功能化、多组分协同、电磁场取向调控等创新策略（如GO/g-C3N4/MXenes修饰），为设计兼具高渗透性/选择性的下一代气体分离膜提供理论框架。

　　

Abstract
二维纳米材料（2DNMs）作为混合基质膜（MMMs）的填料展现出革命性潜力，其原子级厚度、可调层间距及高比表面积特性，能够通过毛细管冷凝、表面扩散等多机制协同突破传统膜材料的渗透性-选择性平衡（Robeson上限）。然而，纳米粒子聚集、聚合物-填料界面缺陷等问题严重制约实际应用。

Introduction
全球气候变暖背景下，膜分离技术因能耗低、环境友好成为CO₂捕获的关键方案。2DNMs（如GO、MXenes、g-C₃N₄）通过构建纳米通道可同时提升MMMs的分子筛分能力和机械强度，但界面相容性差导致非选择性空隙形成，亟需分子层面设计策略。

Two-dimensional nanomaterial
2DNMs的横向尺寸可达微米级而厚度仅纳米级，这种各向异性结构赋予其独特性质：GO的含氧官能团增强CO₂亲和力，MXenes的金属导电性可实现电场调控，MOFs的规则孔道可实现尺寸筛分。

Theory of gas separation
气体传输遵循溶液-扩散机制，2DNMs的引入同时改变溶解系数（通过表面化学修饰）和扩散系数（通过层间通道限域效应），其中TMD材料的硫空位可特异性吸附CO₂分子。

Important obstacles
塑化现象（高CO₂压力下聚合物链段松弛）和物理老化（自由体积收缩）是性能衰减主因。透射电镜显示，未功能化的GO在Pebax基质中易形成10-50 nm的团聚体。

Strategies to improve performance

• 层间距调控：离子液体插层使g-C₃N₄层间距从0.33 nm扩展至0.72 nm
• 多组分协同：GO@ZIF-8三组分MMMs的CO₂/CH₄选择性提升300%
• 取向优化：15 T磁场下制备的h-BN膜气体通量提高8倍

Comparison of upgrading methods
新型M_index评价体系显示，共价接枝聚乙二醇的MXenes膜综合评分达传统膜的4.2倍，且经1000小时测试后性能衰减<5%。

Summary and future outlook
开发具有自修复功能的智能响应型2DNMs、建立AI驱动的膜材料设计数据库，将是突破现有技术瓶颈的重要方向。LDH材料在潮湿环境下的稳定性优势，预示其在工业烟气处理中的广阔前景。