【大连日报】大连化物所制备出高选择性“零维”分子筛膜

  来源:《大连日报》

  发布时间:2021-07-26

  本报讯(大连新闻传媒集团记者谢小芳)用一把“筛子”将大小各异的物质分离开,通过这个思路,科学家研发出各式各样的分子筛膜。但“筛孔”的大小并不好控制,一张膜上的筛孔或大或小,让不少分子成为“漏网之鱼”,分子筛膜的选择性大大降低。

  近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员杨维慎、副研究员班宇杰团队提出以简单“零维分子”-2-甲基咪唑为基元构筑高选择性分子筛膜。这种“零维”概念的分子筛膜,实现了氢气/二氧化碳分子的有效分离。该“零维”分子筛膜为获取高纯氢气及捕获二氧化碳提供了潜在实现路径。这项研究成果发表在《德国应用化学》上。

  研发新型膜材料,提高分子筛膜的分离性能是团队的长期攻关目标。2018年,团队成员计划以2-甲基咪唑为配体来合成金属-有机框架材料(MOF),却意外发现,这种没有任何分离性质的简单有机分子,可以在一种活性基层上组装成膜,并展现出优异的分离效果。这令团队惊奇。氢气的分子直径0.289纳米,二氧化碳0.33纳米,“这意味着,实验过程中产生了一种孔道直径介于两者之间,具有强筛分效果的新型分离膜。”班宇杰说。

  这种分子筛膜是什么,又是如何形成的?“复盘”如火如荼。历时两年,研究人员解开谜团,发现一般喜好吸附有机分子,表面留有配位不饱和金属离子的MOF,对有机化合物2-甲基咪唑抛出橄榄枝,诱导其蒸气分子在表面定向“着陆”和有序组装,从而形成高度取向的超分子阵列膜(SAM)。SAM的埃米级分子间隔约0.3纳米,能够精确筛分具有微小尺寸差异的氢气/二氧化碳分子。

  据介绍,相比经典分子筛膜,SAM的提出有两点重要突破,其一,此次构筑基元是零维分子级别,凭借超分子相互作用有序聚集,可全面消除经典分子筛膜晶间缺陷;其二,经典分子筛膜借助材料本征纳米孔筛分不同物质,SAM则利用有效分子间隔实现分离。与目前性能最优的分子筛膜相比,氢气/二氧化碳分子分离选择性提高了一个数量级。

  以下是该媒体报道地址:http://szb.dlxww.com/dlrb/html/2021-07/26/content_1621143.htm?div=-1

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