两性离子修饰MOFs构建高导电性聚芳醚酮砜质子交换膜：突破气体分离性能极限

本刊推荐：本研究通过创新性采用浸渍辅助干凝胶转化法，成功构建了具有分级孔道的LTA型核壳沸石（Meso@Micro-CaA）。该结构以介孔核加速气体扩散，微孔壳实现分子筛分并阻隔聚合物链渗透，在Pebax?基混合基质膜（MMMs）中实现了209 Barrer的CO2渗透率和121.3的CO2/N2选择性，突破2019年Robeson上限，为高性能气体分离膜提供了新范式。

　　

Highlight

材料

实验采用以下未经纯化直接使用的化学品：四甲基氢氧化铵（TMAOH，25wt%水溶液）、[3-（三甲氧基硅基）丙基]十八烷基二甲基氯化铵（TPOAC，42wt%甲醇溶液）、胶体二氧化硅（Ludox HS-30）、异丙醇铝（Al(OiPr)₃，98%）、五水硅酸钠（Na₂SiO₃·5H₂O，95%）、铝酸钠（40–44% Na₂O，46–53% Al₂O₃）及氢氧化钠。

分级核壳沸石的合成与结构演化

为制备分级核壳沸石，首先合成了介孔LTA型沸石（Meso-NaA）作为核心材料。借鉴先前研究，通过长链表面活性剂TPOAC在LTA骨架中引入介孔性。将TPOAC与Al₂O₃摩尔比增至0.125可最大化介孔形成。

通过顺序离子交换和浸渍辅助干凝胶转化法构建Meso@Micro-CaA核壳结构。将Meso-NaA与氯化钙溶液进行离子交换生成Meso-CaA核心，随后通过真空浸渍将硅铝酸盐前驱体溶液注入其介孔通道。经干燥处理后，在85°C水热条件下结晶24小时，使前驱体在核心表面外延生长形成微孔壳层。该策略有效抑制了均相成核，确保壳层均匀覆盖。

结论

本研究开发了通过浸渍辅助干凝胶转化法合成LTA型分级核壳沸石（Meso@Micro-CaA）的新策略。所得核壳结构以介孔CaA核实现快速气体扩散，微孔CaA壳提供有效分子筛分并阻隔聚合物链渗透。该结构凭借微孔壳层的最小化扩散阻力，在不牺牲渗透性的前提下实现高CO₂/N₂选择性。