软喷涂技术构建分级有序孔道金属有机框架膜及其催化与分离应用

本工作创新性地结合软喷涂技术与模板辅助策略，成功制备了具有二维形貌的分级有序孔道ZIF-8膜（HP MOF）。该膜凭借高结晶度、分级孔道结构和优异传质性能，在有机催化（Knoevenagel反应）和乳液分离领域展现显著应用潜力，为二维多级孔材料制备提供了新思路。

　　

亮点

本研究通过软喷涂技术（soft spray technology）与模板辅助策略的协同作用，成功构建了具有分级有序孔道的ZIF-8膜（HP ZIF-8），突破了二维多级孔MOF膜制备的技术瓶颈。该膜在有机催化与乳液分离领域表现出卓越性能。

材料与仪器

实验采用无水醋酸锌（98%）、2-甲基咪唑（98%）等试剂（购自上海麦克林生化科技有限公司），聚苯乙烯乳胶分散液（粒径400 nm）作为模板材料。通过Langmuir-Blodgett法在气-水界面自组装形成有序模板，结合软喷涂技术精确控制界面反应过程。

结果与讨论

研究首先优化了HP ZIF-8膜的制备条件。当溶液中含有金属离子或配体时，聚苯乙烯（PS）模板在界面组装会受到显著干扰（图S1）。通过将PS溶液滴加至纯水中，界面呈现彩虹色光泽，证实了PS乳胶的有序组装（图1a）。随后缓慢加入2-甲基咪唑溶液，并通过软喷涂技术引入锌离子溶液，在气-液界面逐步生成ZIF-8/PS复合膜。去除PS模板后，成功获得具有高结晶度和分级孔道的自支撑HP ZIF-8膜。引入聚乙烯醇（PVA）组分后，进一步制备出结构更稳定的HP ZIF-8/PVA混合基质膜。

CRediT作者贡献声明

陈俊屹：原始撰写、数据整理；齐洪超：数据采集；郭艳：实验操作；徐航：形式分析；范富强：方法设计；付瑜：项目监督；田维亮：项目管理。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本研究成果的财务利益或个人关系冲突。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（22475032、22175030、22365025）、中央引导地方科技发展资金（2022ZY015）、南疆技术项目（2023AB028）等项目的资助。