來源：《中國科學報》第3版 領域
發(fā)布時間：2024-12-11
本報訊（記者孫丹寧）近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、副研究員彭媛團隊受自然界生物體表機械保護的形貌結(jié)構(gòu)啟發(fā)，創(chuàng)新性設計制備出具有縱橫交織結(jié)構(gòu)的耐磨損金屬有機框架（MOF）膜材料，有效解決了骨架柔性孔籠“開門”效應、膜晶間缺陷限制膜精準篩分丙烯能力、多晶膜表面不耐磨損等問題，為丙烯和丙烷的高效分離膜材料開發(fā)與應用提供了新途徑。相關成果發(fā)表于《自然-通訊》。
MOF結(jié)構(gòu)豐富、孔環(huán)境可調(diào)，是理想的分子篩膜材料。然而，微觀尺度下MOF柔性孔籠的“開門”效應等問題嚴重制約了其分離能力。此外，MOF膜脆度大，實際應用過程中難以避免的碰撞或磨損都會造成膜分離性能下降。因此，高效MOF分子篩膜的理性設計和可控制備研究具有重要意義。
自然界中，許多動物為提高環(huán)境適應性，在體表逐漸演化出具有優(yōu)異耐磨損和抗外力沖擊的凹凸表面結(jié)構(gòu)，如鱷魚粗糙的表皮、穿山甲的鱗片、沙漠蝎的外骨骼等。受此啟發(fā)，團隊預生長了具有交織結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體層，采取定時中斷前驅(qū)體原位轉(zhuǎn)化以復刻交織結(jié)構(gòu)的策略，制備出具有“縱橫鱗片結(jié)構(gòu)”的分子篩膜。
研究發(fā)現(xiàn)，這種堅固的仿生鱗片結(jié)構(gòu)按照功能分為底部橫向排布的分子篩分層和表面縱向凸起的耐磨“鎧甲”層。分離性能結(jié)果表明，該膜實現(xiàn)了丙烯和丙烷混合氣的高效分離。大氣環(huán)境中存放1.5年后，該分子篩膜服役數(shù)百小時后仍保持穩(wěn)定的分離性能，膜骨架僵化結(jié)構(gòu)穩(wěn)固不可逆、分離服役穩(wěn)定性高，并且在高強度打磨膜表面3次后，“鎧甲”層可保持丙烯和丙烷分離性能不變，具有優(yōu)異的耐磨性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54898-4
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