氢键有机框架材料形态调控策略及其在CO2/N2分离膜中的性能突破

本文创新性地通过形态工程策略调控HOF-ZJU-201的纳米结构（NC/NS/NP），将其与PIM-1聚合物复合制备混合基质膜（MMMs）。研究发现纳米片（NS）形态的HOF填料使膜CO2渗透性提升99%（达8738.4 Barrer），CO2/N2选择性提高107%（31.2），其性能归因于-NH2/-F极性通道的构建和纳米片水平排列带来的扩散阻力优化。

　　

Highlight

本研究通过精确调控HOF-ZJU-201的三种形态——纳米晶体（NC）、纳米片（NS）和纳米多面体（NP），系统揭示了形态特征对混合基质膜（MMMs）气体分离性能的影响机制。

HOF-ZJU-201表征

采用温和溶剂热法合成的HOF-ZJU-201展现出形态依赖性生长行为：以DMF（二甲基甲酰胺）作为成核促进剂，单羧酸（乙酸/苯甲酸）作为生长抑制剂，成功获得不同形貌的纳米材料。电镜分析显示，纳米片（NS）具有独特的水平取向结构，其暴露的-NH₂和SiF₆^2-功能团可形成极化气体传输通道。

结论

形态工程策略显著优化了HOF基MMMs性能，其中5% NS/PIM-1膜在混合气体测试中展现出7108.6-8419.6 Barrer的CO₂渗透性和43.7-50.2的选择性，突破性地解决了传统膜材料渗透性-选择性此消彼长的难题。该研究为碳中和目标下的先进碳捕集技术提供了新材料设计范式。