北京理工大学又发《Science》！

2022-10-21 18:42:49, 材料科学与工程

















































































































































































































































































































































































































































































































































































渗透蒸发膜将渗透和蒸发相结合，用于从溶液中高效分离挥发性化合物。高性能渗透汽化膜在工业分离应用中具有潜力，但克服渗透选择性权衡是一个挑战。

日前，来自北京理工大学的赵之平和冯英楠团队设计了一种制造无缺陷超疏水金属-有机骨架（MOF）纳米片膜的策略。论文提出在聚合物基底中包埋晶种进而通过表面晶体诱导生长法精确构筑MOF纳米片膜的新构想，突破了柔性MOF膜制备瓶颈，为大规模生产和应用提供了依据支撑。相关成果以题为“High-flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation”发表在最新一期《Science》。

论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5680

在本研究中，作者没有将MOF分散到聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中，而是在聚合物基质上生长了一层连续且均匀的嵌入MOF种子，然后用PDMS密封。这一过程产生了具有高度柔性和快速分子传输通道的蜂窝状结构，从而增强了醇与水的分离-最低有效载荷。

这种在聚合物基质上创建具有蜂窝状结构的高度柔性金属-有机骨架纳米片（MOF-NS）膜的策略取得了很好的成效。通过表面涂布法控制生长有效地制备出了柔性且无缺陷的超疏水MOF-NS膜。用电子显微镜观察柔性MOF-NS的可逆变形和垂直层间通路。分子模拟证实了结构并揭示了转运机制。MOF-NS中的超快传输通道在40℃下渗透蒸发5wt.%乙醇水时表现出超高通量和8.9的分离因子，可用于生物燃料回收。研究发现，MOF-NS和聚二甲基硅氧烷协同促进分离性能。

图1. MOF-NS/PVDF膜的结构及制备方法

图2. MOF-NS/PVDF膜的高柔性结构

图3. 膜PV性能以及膜表面形态对进料液流动行为的影响

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