在气体选择性膜中用于光充电的纳米孔

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Photochargeable Nanopores in Gas Permselective Membrane

基于光充电金属有机框架（MOF）的混合基质膜突破气体分离选择性极限，通过光激发诱导MOF表面电荷分离，增强CO2与N2、CH4的分子特异性相互作用，实现超越Robeson理论界限的渗透选择性。

　　

图形摘要

利用氧化还原活性的金属有机框架（MOF），制备了一种可光充电的CO₂选择性分离混合基质膜。光充电作用提高了该膜对CO₂/N₂和CO₂/CH₄气体的选择性。

摘要

气体选择性分离膜在渗透性和选择性之间存在固有的权衡。克服这一限制是实现更广泛应用的关键，而先进的多孔材料——尤其是金属有机框架（MOF）——已成为有前景的候选材料。然而，要真正与蒸馏、变压吸附和化学吸附等成熟的分离技术竞争，创新的设计策略仍然至关重要。传统上，超越这种权衡的努力主要集中在调节孔隙率、孔结构、孔表面化学性质以及宏观传输路径（颗粒形态）上。这些改进可以通过自下而上的合成方法或利用光、压力或电场等外部刺激来实现。在这项研究中，我们开发了一种可光充电的膜，通过精确的、针对特定分子的相互作用来提高气体选择性，而无需改变其基本的多孔结构。该方法是将由氧化还原活性有机配体构成的纳米多孔MOF作为填充物引入混合基质膜中。在光激发下，配体之间的电荷分离会在孔表面产生稳定的电荷，从而促进与四极子分子CO₂的选择性相互作用。这种特定的相互作用显著提高了CO₂/N₂和CO₂/CH₄的选择性，甚至超过了Robeson理论上限。该概念验证技术可用于混合气体和高纯度气体的制备。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。