大连理工大学刘毅教授团队：基于不同空间尺度的高性能MOF气体分离膜设计与合成

研究导读

分离过程是工业生产中能耗最高的过程之一。相较于传统的精馏等分离工艺，膜分离技术能够突破相平衡限制，具有节能降耗，环境友好等优势。金属有机骨架（MOF）材料因其高度均一可调的孔道结构在气体分离领域表现出巨大的潜力。近年来，MOF膜相关研究取得了重要进展，在H₂/CO₂，CO₂/N₂，CO₂/CH₄和C₃H₆/C₃H₈等轻质气体组分的分离中性能优异。

大连理工大学刘毅教授和孙彦威博士基于MOF膜的研究进展，在Green Chemical Engineering(GreenChE)上发表了题为“Design of Metal-organic Framework Membranes Towards Ultimate Gas Separation”的研究展望。文章系统总结了MOF膜在气体分离领域的最新研究进展，侧重介绍了不同空间尺度下MOF膜结构与气体分离性能之间的构效关系，并对MOF气体分离膜今后的发展方向进行了展望。

图1.基于不同空间尺度的MOF膜设计策略示意图。

高渗透通量，高分离选择性以及满足苛刻的实际操作条件是实现MOF膜大规模工业应用的重要前提。MOF膜的介观微观结构，包括晶体生长取向、膜厚、晶间界密度以及MOF材料的微观骨架结构（包括孔道尺寸，骨架柔性等）都对MOF膜分离性能有着重要影响。相关研究发现，MOF膜的取向调控可有效降低晶间界密度的同时提升孔道均匀性，减薄MOF膜厚则可大幅提升其气体渗透通量；而通过外部施加电场则可有效抑制MOF材料骨架柔性，实现高效的气体分子筛分。此外，研究者们开发出的超临界流体辅助合成、全气相合成、界面微流体制备工艺以及快速热转化技术有望进一步促进MOF膜的规模化、绿色制备。

MOF膜相关制备工艺的不断发展完善为其实现规模化工业制备提供了可能。作者认为在未来MOF膜相关研究中，在强化微观结构定向设计、拓展MOF膜介观结构表征手段的同时，克服其工业化放大过程中的传质传热等工程问题将成为推动MOF膜实际工业应用的关键所在。

文章信息

Title：Design of Metal-organic Framework Membranes Towards Ultimate Gas Separation

Authors：Yanwei Sun, Yi Liu* 

DOI：doi.org/10.1016/j.gce.2020.11.004

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原文链接: https://doi.org/10.1016/j.gce.2020.11.004

通讯作者简介

刘毅，1983年生，教授，理学博士，曾获国家青年海外高层次人才，德国洪堡学者，日本高度人才计划，辽宁首批“兴辽英才计划”青年拔尖人才，教育部霍英东青年基金等系列荣誉称号与奖励。2005年于大连理工大学精细化工专业获得学士学位，2012年于中科院大连化学物理研究所物理化学专业获得博士学位。2012-2014年于德国汉诺威大学做洪堡学者，2015-2016年于日本京都大学iCeMS研究所从事博士后研究工作，2016年经破格评定教授，建立先进分子筛膜课题组并任课题组长。长期从事新型高性能分子筛膜材料的合成与应用研究，工作主要围绕分子筛膜微观结构调控（包括b-轴取向&等级结构MFI沸石膜、局域三维全取向MOF膜）、低骨架维度分子筛膜研发（包括二维层状水滑石膜、苯基磷酸锆膜）和分子筛膜制备新工艺与新应用探索（包括超临界工艺制备MOF膜、探索MOF&水滑石膜作为防腐涂层的应用）三个方向展开。作为第一/通讯作者先后在 Sci. Adv. (1篇), J. Am. Chem. Soc. (2篇), Angew. Chem. Int. Ed. (3篇), Adv. Mater. (1篇), ACS Mater. Lett. (1篇) 等国际学术期刊发表学术论文36篇，其中唯一第一/通讯作者29篇。

期刊简介

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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