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作者:郝曉明 來源:科技日報 發布時間:2021/8/4 15:12:39
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中科院大連化物所制備出高性能超薄二氧化碳分離

 

雙碳目標下,“捕獲”二氧化碳(CO2),發展低能耗、環境友好的CO2選擇性分離膜具有重要意義和價值。記者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉,該所研究員楊維慎、副研究員彭媛團隊在純相共價有機框架氣體分離膜方面取得新進展,以二維共價有機框架(COFs)納米片為分離膜構筑基元,誘發錯排縮孔效應,成功將COFs的孔徑縮小,實現小分子氣體CO2的高效分離。相關成果發表在《德國應用化學》上。

長久以來,針對混合氣體的高效分離,研究人員將目光聚焦在擁有較小孔徑的金屬—有機框架材料上,而COFs由于孔徑大于0.8納米,一直被用作液體分離,難以精確分離小分子氣體。為了構建具有高效CO2分離性能的純相二維COFs膜,研究團隊提出錯位堆疊COFs納米片以縮小孔徑的設想,“這就像把大孔的漁網錯位疊在一起網住小魚一樣”,彭媛說。

要拆解重新組裝,必須得有極薄的COFs納米片。在前期研究基礎上,該團隊以三種不同表面化學和孔徑的層狀COFs材料為研究對象,發展出一種弱酸性溶劑剝層,并輔以溫和機械外力的方法,將厚度約3000納米的COFs材料剝離為厚度約2納米、尺寸達微米級的系列超薄納米片層。而后,通過精確控制納米片錯排組裝策略,成功構建出孔徑尺寸適合CO2分離的純相COFs膜;此外,COFs有豐富的表面官能團,能夠選擇識別和吸附CO2。實驗結果表明,COFs納米片錯排縮孔效應與骨架對CO2選擇性吸附特性的協同作用誘發了氣體在膜內表面擴散機制,實現了CO2/氫氣(H2)混合氣中大分子CO2優先滲透分離,分離性能達到工業應用需求。

楊維慎表示,不同種類的COFs孔徑不同,經過改造后或可實現其他氣體的分離,這為開發新型COFs氣體分離膜材料提供新思路。

 
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