哈工大邵路教授团队合成聚合物编织金属有机框架玻璃膜实现超强耐压碳捕集

哈工大全媒体（梁英爽 杨延/文 杨延/图）化工与化学学院教授、城乡水资源与水环境全国重点实验室成员邵路团队合成聚合物编织金属有机框架玻璃膜。相关研究以《合成聚合物编织金属—有机框架玻璃膜用于超强耐压碳捕集》（SynthesizingPolymer Woven Metal-organic Framework Glass Membranes for Exceptional Pressure-tolerantCarbon Capture）为题发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该成果拓展了功能性金属有机框架玻璃合成的工具箱，为开发下一代气体分离膜提供新途径。

可液态加工的金属有机框架玻璃重新定义了节能碳捕集膜的理想材料。然而，金属有机框架玻璃膜仍存在孔隙连通性差、孔隙率不足和耐压性差的问题，阻碍了膜技术在烟气脱碳、天然气纯化等方面的可持续应用。

为解决以上问题，团队受自然界蜘蛛丝结构启发，合成了全新的聚合物编织金属有机框架玻璃家族。在熔融过程中，编织聚合物可防止晶格变形，同时伴随纳米相界面分离演变，有效调节动力学传质效率和热力学极性吸附效应。新合成的聚合物编织金属有机框架玻璃膜包含相互连接的亚纳米贯穿通道网络，这种沿聚合物链的高密度极性域具有优异吸附能力，从而大幅度提升碳捕集分离性能。得益于独特的编织增强框架，聚合物编织金属有机框架玻璃膜表现出前所未有的压力耐受性，能耐高达7.5个大气压，（现有的金属有机框架玻璃膜仅耐1个大气压左右）。该研究成果的潜在应用涵盖惰性气体净化、废气处理和关键低碳分离等领域，可将膜科学、化学工程、材料化学、物理化学、纳米科学和环境工程等跨领域紧密联系在一起。

pw-MOF玻璃膜的合成

（A）pw-MOF晶体“固-液-固”转化为玻璃膜的示意图 （B）pw-MOF玻璃膜的渐进优化过程 

（C）膜纳米相界面分离（Nano-IS）机理示意图 （D）与其他先进碳捕集材料的性能对比

哈工大为论文第一通讯单位。化工与化学学院博士研究生杨延为论文第一作者，邵路教授、姜旭副研究员和爱丁堡大学工程学院郑哲贤（Cher Hon Lau）博士为论文共同通讯作者。化工与化学学院研究生刘威豪、郭磊，本科生郝婧妍等参与相关研究工作。

该研究工作获国家重点研发计划、国家自然科学基金、教育部中央高校基础科研经费等资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c17503