JACS：聚合物編織金屬有機框架玻璃膜

在應對全球氣候變暖和能源轉型的挑戰中，高效碳捕集技術成為了科技界和產業界的關注焦點。

傳統碳捕集方法往往面臨能耗高、效率低等問題，而新型材料的研發則為這一領域帶來了革命性的突破。

今天，我們要介紹的是一項由國際科研團隊共同完成的創新成果——聚合物編織金屬有機框架玻璃膜（pw-MOF），該成果發表于《美國化學會雜志》，為碳捕集技術開辟了新的路徑。

自然靈感的啟迪：蜘蛛絲的啟示

研究團隊的靈感源自自然界中蜘蛛絲的獨特結構。蜘蛛絲以其卓越的強度和韌性聞名，這得益于其內部剛性β-晶態域與柔性無定形鏈在納米尺度上的巧妙編織。受此啟發，科研人員設想將類似的結構引入到金屬有機框架（MOF）玻璃膜中，以期解決傳統MOF膜在壓力耐受性和孔隙連通性方面的不足。

創新材料：聚合物編織MOF玻璃膜

通過精密的分子編織技術，研究團隊成功合成了pw-MOF玻璃膜家族。

在這一過程中，聚合物鏈與MOF晶體通過控制糾纏的方式結合，形成了具有周期性有序孔隙結構的復合材料。這種獨特的編織結構不僅增強了膜的機械強度，還顯著提高了其抗壓力變形能力。

關鍵優勢：

卓越的壓力耐受性：與傳統MOF膜在1atm下易失效不同，pw-MOF玻璃膜展現了前所未有的7.5atm壓力耐受性，為高壓條件下的碳捕集提供了可能。

優異的分離性能：在CO?/N?和CO?/CH?系統中，pw-MOF玻璃膜的CO?滲透性和選擇性均達到了創紀錄的水平，超越了2019年的上限標準。

長效穩定性：經過500小時的連續測試，膜性能保持穩定，證明了其在實際應用中的可靠性和耐久性。

技術突破：納米相界面分離與極性吸附

在熔融過程中，編織的聚合物鏈有效防止了MOF晶格的變形，同時促進了納米相界面分離（Nano-IS）的演化。這一過程不僅優化了質量傳遞效率，還增強了熱力學極性吸附效應。膜內形成的連續亞納米級氣體傳輸通道和高密度極性域，為CO?等極性氣體提供了優先吸附和傳輸的路徑，從而實現了高效的氣體分離。

應用前景與展望

pw-MOF玻璃膜的出色性能使其在能源效率碳捕集領域具有廣闊的應用前景。

無論是煙道氣脫碳還是天然氣增值，該技術都有望成為減少溫室氣體排放、促進可持續發展的關鍵手段。

此外，其獨特的壓力耐受性和長效穩定性也使其適用于小型工業污染源或緊湊型廢氣處理裝置，為碳捕集技術的普及和應用提供了新的可能性。

結語

聚合物編織金屬有機框架玻璃膜的研發成功，不僅標志著材料科學領域的一項重大突破，也為全球碳捕集技術的發展注入了新的活力。

隨著研究的深入和技術的不斷完善，我們有理由相信，這一創新材料將在未來的能源轉型和環境保護中發揮重要作用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c17503

（來源：網絡版權屬原作者 謹致謝意）