雙碳目標下，“捕獲”二氧化碳(CO2)，發展低能耗、環境友好的CO2選擇性分離膜具有重要意義和價值。記者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，該所研究員楊維慎、副研究員彭媛團隊在純相共價有機框架氣體分離膜方面取得新進展，以二維共價有機框架(COFs)納米片為分離膜構筑基元，誘發錯排縮孔效應，成功將COFs的孔徑縮小，實現小分子氣體CO2的高效分離。相關成果發表在《德國應用化學》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。為了構建具有高效CO2分離性能的純相二維COFs膜，研究團隊提出錯位堆疊COFs納米片以縮小孔徑的設想，“這就像把大孔的漁網錯位疊在一起網住小魚一樣”，彭媛說。
要拆解重新組裝，必須得有極薄的COFs納米片。在前期研究基礎上，該團隊以三種不同表面化學和孔徑的層狀COFs材料為研究對象，發展出一種弱酸性溶劑剝層，并輔以溫和機械外力的方法，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，能夠選擇識別和吸附CO2。實驗結果表明，COFs納米片錯排縮孔效應與骨架對CO2選擇性吸附特性的協同作用誘發了氣體在膜內表面擴散機制，實現了CO2/氫氣(H2)混合氣中大分子CO2優先滲透分離，分離性能達到工業應用需求。
楊維慎表示，不同種類的COFs孔徑不同，經過改造后或可實現其他氣體的分離，這為開發新型COFs氣體分離膜材料提供新思路。(記者 郝曉明)
關鍵詞： 中科院 高性能超薄CO2分離 二氧化碳 CO2
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