雙碳目標(biāo)下，“捕獲”二氧化碳(CO2)，發(fā)展低能耗、環(huán)境友好的CO2選擇性分離膜具有重要意義和價值。記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所研究員楊維慎、副研究員彭媛團(tuán)隊(duì)在純相共價有機(jī)框架氣體分離膜方面取得新進(jìn)展，以二維共價有機(jī)框架(COFs)納米片為分離膜構(gòu)筑基元，誘發(fā)錯排縮孔效應(yīng)，成功將COFs的孔徑縮小，實(shí)現(xiàn)小分子氣體CO2的高效分離。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

長久以來，針對混合氣體的高效分離，研究人員將目光聚焦在擁有較小孔徑的金屬—有機(jī)框架材料上，而COFs由于孔徑大于0.8納米，一直被用作液體分離，難以精確分離小分子氣體。為了構(gòu)建具有高效CO2分離性能的純相二維COFs膜，研究團(tuán)隊(duì)提出錯位堆疊COFs納米片以縮小孔徑的設(shè)想，“這就像把大孔的漁網(wǎng)錯位疊在一起網(wǎng)住小魚一樣”，彭媛說。

要拆解重新組裝，必須得有極薄的COFs納米片。在前期研究基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)以三種不同表面化學(xué)和孔徑的層狀COFs材料為研究對象，發(fā)展出一種弱酸性溶劑剝層，并輔以溫和機(jī)械外力的方法，將厚度約3000納米的COFs材料剝離為厚度約2納米、尺寸達(dá)微米級的系列超薄納米片層。而后，通過精確控制納米片錯排組裝策略，成功構(gòu)建出孔徑尺寸適合CO2分離的純相COFs膜;此外，COFs有豐富的表面官能團(tuán)，能夠選擇識別和吸附CO2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，COFs納米片錯排縮孔效應(yīng)與骨架對CO2選擇性吸附特性的協(xié)同作用誘發(fā)了氣體在膜內(nèi)表面擴(kuò)散機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了CO2/氫氣(H2)混合氣中大分子CO2優(yōu)先滲透分離，分離性能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用需求。

楊維慎表示，不同種類的COFs孔徑不同，經(jīng)過改造后或可實(shí)現(xiàn)其他氣體的分離，這為開發(fā)新型COFs氣體分離膜材料提供新思路。(記者 郝曉明)