我科研人员制备气体分离“大师”

记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所杨维慎团队近日在气体分离膜领域取得重要进展，制备了气体分离“大师”——一个厚度小于10纳米的超薄MOF纳米片膜，该膜可单独通过氢气，而将不需要的二氧化碳留下。相关成果以通讯形式发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。

所谓气体膜分离技术，是指在一定压力差的驱动下，混合气体透过膜的传输速率不同，达到分离目的的一种高效分离工艺手段，分离过程不发生相变。

杨维慎说，气体膜分离的能耗更低，碳排放量更少，是一种高效、节能的分离技术。

膜分离的基础和核心就是膜材料。聚合物则以其易于成型、成本低廉等优势占领了全球膜分离市场的主要份额。然而聚合物膜渗透通量高时，往往分离选择性低;分离选择性高时，渗透通量又不尽如人意，这严重制约了聚合物膜的应用。

杨维慎研究员带领团队以金属-有机骨架材料(MOF)为研究对象，在国际上率先提出以二维多孔纳米片构筑高效超透气型分离膜，试着突破这一瓶颈。

杨维慎研究团队选取了一种结构稳定的层状MOF前驱体，在温和的物理外力作用下，于国际上首次剥层得到单分子层厚度的MOF纳米片，随后利用自主研发的热组装法制备了具有超高气体渗透通量和精确分子筛分能力的二维MOF纳米片膜。

这一成果曾于2014年发表于国际顶级学术期刊《科学》(Science)上，受到国际同行的高度关注和认可。

近日，杨维慎团队在二维MOFs气体分离膜领域又取得新的重要进展：研究团队选择了一种全新双亲性层状MOF前驱体Zn2(Bim)3，首次将其开层得到双层厚度纳米片，并通过热组装方法制备了厚度小于10 纳米的超薄MOF纳米片膜。

更为有趣的是，由于双亲性材料对二氧化碳的“偏爱”，二氧化碳分子想要透过膜，需要耗费更多的能量，因此该膜随着测试温度的升高，其对氢气透量和混合气体分离选择性同时升高，二氧化碳透量却几乎不变，完全不像其他二维纳米片膜材料那样性能随温度升高而降低。

在杨维慎团队看来，这个新型双亲性MOF纳米片，不仅在二氧化碳燃烧前捕获领域具有广阔应用前景，对于未来纳米片膜材料的选取，也具有重要指导意义。(记者 邱晨辉)