氢键有机框架材料的形貌工程优化混合基质膜二氧化碳分离性能

本研究通过形貌调控策略制备了三种不同形貌（纳米晶、纳米片、纳米多面体）的HOF-ZJU-201填料，并系统考察其对PIM-1基混合基质膜（MMMs）CO2/N2分离性能的影响。其中5%纳米片填充的MMMs表现出8738.4 Barrer的CO2渗透率和31.2的理想选择性，较纯膜提升99%和107%。研究揭示了-NH2/-F功能基团构建的极化通道和纳米片水平排列对CO2优先传输的协同机制。

　　

亮点

• 通过单羧酸生长抑制剂实现HOF-ZJU-201三种形貌的可控合成

• 纳米片形貌展现最优CO₂/N₂分离性能（渗透率↑99%，选择性↑107%）

• 氨基与氟功能团构建极化通道实现CO₂优先渗透

• 水平排列纳米片显著提升N₂扩散阻力

材料表征

采用温和溶剂热法合成的HOF-ZJU-201呈现纳米晶（NC）、纳米片（NS）和纳米多面体（NP）三种形貌。SEM/TEM分析显示，在乙腈/水体系中加入苯甲酸或乙酸可调控晶体生长：苯甲酸诱导各向异性生长形成NS，乙酸则促进各向同性NP形成（图1b,e及附图S6）。PXRD证实所有样品均保持相同晶体结构（图1c），而氮吸附测试显示NS具有最大比表面积（598 m²/g）和微孔体积（0.29 cm³/g）。

结论

本研究开发了一种通过调控溶剂/抑制剂实现HOF形貌精确调控的合成策略。机理研究表明：DMF作为共溶剂促进2,6-二氨基嘌呤（2,6-DAP）溶解加速成核，而单羧酸通过配位作用抑制特定晶面生长。最优的NS形貌填料因其水平取向和丰富表面官能团，在MMMs中构建了高效的CO₂传输通道，为开发新一代碳捕集膜材料提供了新思路。