π桥联萘二酰亚胺共聚物全聚合物光电探测器实现高比探测率的创新研究

本研究针对气候变化背景下CO2捕集的技术瓶颈，开发了含70% wt聚环氧乙烷(PEO)的聚(脲-酰亚胺)橡胶基质与ZIF-8金属有机框架复合的新型混合基质膜(MMMs)。通过优化"priming"工艺实现70% vol超高填料负载，CO2渗透性达471 Barrer（提升8.5倍），CO2/N2选择性保持30.2，为工业级碳捕集提供突破性解决方案。

　　

全球气候变暖正以惊人的速度改变着地球生态，其中CO₂排放是最主要的推手。在2024年巴库阿塞拜疆气候大会(COP 29)上，科学家们再次敲响警钟：要实现气候目标，碳捕集、利用与封存(CCUS)技术突破刻不容缓。传统胺吸收法虽已工业化，但高能耗和腐蚀性问题始终如影随形。膜分离技术凭借其节能优势和模块化特性被视为理想替代方案，但现有聚合物膜普遍面临"渗透性-选择性"此消彼长的罗伯逊上限(Robeson upper-bounds)困境。

法国洛林大学(Université de Lorraine)的Anne Jonquieres团队独辟蹊径，选择含70% wt聚环氧乙烷(PEO)链段的聚(脲-酰亚胺)橡胶(PUI JFAED 2000)作为新型基质，与巴斯夫公司生产的ZIF-8(商品名Basolite Z1200)金属有机框架复合。研究人员通过改良"priming"预处理工艺，成功突破传统填料负载极限，制备出ZIF-8含量高达70% vol的混合基质膜(MMMs)。借助FTIR-ATR、WAXS、SEM-EDX和DSC等多维表征手段，系统研究了填料-聚合物相互作用对膜微观结构的影响。

关键技术包括：优化priming法实现超高填料负载；采用时间滞后法(time-lag)测定35°C、2 bar条件下纯CO₂和N₂渗透性能；运用Maxwell等四种理论模型预测MMMs气体渗透行为。

材料合成与表征
通过两步缩聚反应合成PUI JFAED 2000基质：首先使Jeffamine JFAED 2000二胺与二异氰酸酯(MDI)反应生成大分子二异氰酸酯，再与六氟二酐(6FDA)缩合形成嵌段共聚物。WAXS证实ZIF-8晶体结构在复合后保持完整，DSC显示填料抑制了PEO链段结晶。

气体分离性能
70% vol ZIF-8负载使CO₂渗透性飙升至471 Barrer，是纯聚合物的8.5倍，而CO₂/N₂选择性仍维持在30.2。SEM显示尽管存在局部团聚，填料仍保持良好分散，EDX证实锌元素均匀分布。

模型验证
Maxwell模型在60% vol负载量内能准确预测渗透性能，证实界面缺陷可控。当负载量超过60% vol时，因填料团聚导致模型偏差增大。

这项研究创造了三项重要突破：首次在橡胶基质中实现70% vol超高MOF负载；开发出兼具工业级CO₂通量和高选择性的MMMs；建立了高填料含量下的性能预测模型。该成果为下一代碳捕集膜材料设计提供了新范式，特别是其采用的商业化原料(ZIF-8)和可放大生产工艺，显示出显著的工业化潜力。研究者特别指出，这种新型PEO基质与ZIF-8的协同效应，可能为突破罗伯逊上限开辟新路径。