材料百态

双碳目标下，捕获二氧化碳，发展低能耗、环境友好的二氧化碳选择性分离膜具有重要意义和价值。记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所研究员杨维慎、副研究员彭媛和团队在纯相共价有机框架气体分离膜方面取得新进展，以二维共价有机框架（COFs）纳米片为分离膜构筑基元，诱发错排缩孔效应，成功将二维共价有机框架的孔径缩小，实现小分子气体CO2的高效分离。相关成果发表在《德国应用化学》上。

长久以来，针对混合气体的高效分离，研究人员将目光聚焦在拥有较小孔径的金属—有机框架材料上，而二维共价有机框架由于孔径大于0.8纳米，一直被用作液体分离，难以精确分离小分子气体。为了构建具有高效CO2分离性能的纯相二维共价有机框架膜，研究团队提出错位堆叠二维共价有机框架纳米片以缩小孔径的设想。“这就像把大孔的渔网错位叠在一起网住小鱼一样。”彭媛说。

要拆解重新组装，必须要有极薄的二维共价有机框架纳米片。在前期研究基础上，该团队以三种不同表面化学和孔径的层状二维共价有机框架材料为研究对象，发展出一种弱酸性溶剂剥层，并辅以温和机械外力的方法，将厚度约3000纳米的材料剥离为厚度约2纳米且尺寸达微米级的系列超薄纳米片层。而后，通过精确控制纳米片错排组装策略，成功构建出孔径尺寸适合CO2分离的纯相二维共价有机框架膜；此外，二维共价有机框架有丰富的表面官能团，能够选择识别和吸附CO2。实验结果表明，二维共价有机框架纳米片错排缩孔效应与骨架对CO2选择性吸附特性的协同作用诱发了气体在膜内表面扩散机制，实现了CO2和H2混合气中大分子CO2优先渗透分离，分离性能达到工业应用要求。

杨维慎表示，不同种类的二维共价有机框架孔径不同，经过改造后或可实现其他气体的分离，这为开发新型二维共价有机框架气体分离膜材料提供了新思路。

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