近日，我所无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队与中山大学陈小明院士团队合作，提出“热驱动分子守门员”分离新概念，金属-有机框架膜的H2/CO2分离选择性可由温度动态、可逆调制，膜在513 K下的选择性较室温提高一个数量级。
高温分离对化学工业至关重要。纳米孔分子筛膜是应用前景广阔的重要分离膜类型，可实现分子识别与筛分。然而，在高温下，纳米孔热膨胀、非均匀分子扩散热活化等因素会降低分子筛膜本征筛分精度，绝大多数分子筛膜的分离选择性会大幅衰减。
为解决上述挑战性问题，研究团队从足球守门员身上获得灵感，提出“热驱动分子守门员”新概念，通过气-固热反应过程，一步诱导金属-有机框架前驱体发生配体交换、转晶、原配体分子离体与孔内均匀封装。通过与中山大学陈小明院士、周东东副教授团队合作，开展了系统的结构精修和理论计算，结合原位实验研究，证实该残骸分子如同膜材料“孔口守门员”，被高温“激活”，随温度发生显著迁移，动态重塑膜材料筛分孔窗，实现CO2精确截留，解决CO2高温活化扩散导致的分离精度降低问题，H2/CO2分离选择性在近工况温度下提高一个数量级。该分离新概念拓展了分子筛膜分离应用的温度窗口，对分子筛膜设计具有重要意义。该工作超算部分由中山大学国家超算广州中心卢宇彤教授团队完成。
相关工作以“Heat-driven molecule gatekeepers in MOF membrane for record-high H2 selectivity”为题，于近日发表在《科学进展》（Science Advances）上。论文共同第一作者为我所504组毕业生赵萌博士，中山大学生物无机与合成化学教育部重点实验室周东东副教授、国家超算广州中心博士研究生陈品。以上工作获得国家自然科学基金委重大项目等支持。（文/图 班宇杰）
