【摘 要】
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金属-有机共价化合物(metal organic frameworks,MOFs)具有高的孔隙率、规整的孔道结构、并且孔径可调等优点,制备基于MOFs材料的分子筛分膜方面具有潜在的应用价值.然而MOFs晶体生长控制难,制备纳米级厚度的超薄MOFs分子筛分膜仍面临很大的挑战.本研究工作在传统界面扩散法制备MOFs膜的基础上,创新性将表面多巴胺修饰的超薄碳纳米膜材料(PD/SWCNTfilm)引入界面
【机 构】
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中国科学院苏州纳米技术于纳米仿生研究所,苏州,215123
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金属-有机共价化合物(metal organic frameworks,MOFs)具有高的孔隙率、规整的孔道结构、并且孔径可调等优点,制备基于MOFs材料的分子筛分膜方面具有潜在的应用价值.然而MOFs晶体生长控制难,制备纳米级厚度的超薄MOFs分子筛分膜仍面临很大的挑战.本研究工作在传统界面扩散法制备MOFs膜的基础上,创新性将表面多巴胺修饰的超薄碳纳米膜材料(PD/SWCNTfilm)引入界面反应,具有纳米级孔道的单壁碳纳米膜实现了对金属离子和有机配体的扩散速率的有效控制,此外多巴胺丰富的基团MOFs晶体在PD/SWCNTfilm表面均匀成核及连续生长提供了高密度的成核位点.反应速率的控制及高密度成核位点的协同作用,促使MOFs在PD/SWCNT film表面生长成连续、致密的三明治结构超薄分子筛分膜.本文以近年来广泛研究的ZIF-8材料为例,采用这种方法制备出厚度为550±50 nm的自支持ZIF-8膜,因其致密、无缺陷的特点,该膜材料表现出很高的H2渗透量(6.31×10-7 mol·m-2·s-1·pa-1)并兼具高气体对选择性,对H2/CO2、H2/N2、H2/CH4选择性分别为43、20、38,其中H2/CO2分离性能超过了有机膜的2008 Robeson上限和2010无机多孔膜分离上限.这种超薄ZIF-8膜在氢气的分离和纯化过程中具有潜在的应用价值.
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