聚合物膜的案例
【分析實例】聚合物膜中相分離過程的模擬
使用平均場模型評估NIPS(非溶劑誘導相分離)過程
溶劑蒸發和相分離是聚合物膜生產中的重要過程。模擬被用于評估相互作用、初始條件等對膜內部結構的影響。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗粒化MD和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發生相分離。以這些計算結果為基礎，就能將參考文獻中討論的效應考慮在內。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 ：MOFs強化兩性聚合物納米流體膜
具有分子/離子級超快選擇性傳輸通道結構的納米流體膜是實現高效分離、催化、離子整流、生物傳感、以及能量儲存和轉換的核心器件。然而，現有報道的納米流體膜通常是由生物水通道蛋白、無機碳納米管、二維納米片以及多孔框架材料等通過復雜的納米化學合成方法和制膜過程獲得，成本高、能耗大和膜面積較小等問題限制了其規模化制備和應用。聚合物材料易于合成、成膜性好，但是常規聚合物分子鏈間容易相互纏繞和緊密堆疊，因此，制備高效選擇性傳輸的聚合物納米流體膜仍是一個巨大的挑戰。基于此，浙江工業大學膜分離與水科學技術研究院高從堦院士團隊與北京工業大學環境化工系安全福教授團隊合作，提出了以兩性聚合物納米粒子為模板誘導界面晶化構筑超高滲透選擇性聚合物納米流體膜的研究策略。相關成果以“Superfast Water Transport Zwitterionic Polymeric Nanofluidic Membrane Reinforced by Metal–Organic Frameworks”為題在《Advanced Materials》期刊上發表，
該工作提出“以兩性聚合物納米粒子為模板誘導界面晶化”構筑聚合物納米流體膜的研究策略。利用兩性聚合物納米粒子含有的兩性離子基團吸附金屬離子配位，進而誘導納米晶體MOFs在兩性聚合物納米粒子外層及粒子界面限域空間原位生長（圖1）。納米晶體MOFs具有高孔隙率、大比表面積，將其引入可以調控兩性聚合物納米基元界面孔尺寸，同時進一步提升膜的孔隙率及孔有效連通性。
展開 ：變天然云母粉為高性能仿生聚合物云母膜
圖3聚合物云母膜的光學性能
(a) 仿生云母膜制備的示意圖；
(b) 不同比例的仿生云母膜的可見紫外透過率；
(c-d) 仿生云母膜和其他仿貝殼粘土復合膜的可見光透過和紫外屏蔽性質的對比；
(e-f) 大尺寸的仿生云母膜的實物照片和微觀結構；
(g) 不同厚度的仿生云母膜的可見紫外透過率。
圖4 聚合物云母膜的機械性能以及柔性透明器件制備
(a-c) 仿生云母膜和其他仿貝殼粘土復合膜拉伸應力和光學性能的對比；
(d-e) 仿生云母膜的斷裂形貌和斷裂機理；
(f) 仿生云母膜和其他仿貝殼粘土復合膜的紫外老化對比；
(g-i) 以仿生云母膜為基底的柔性電子器件。
【小結】
本文中成功實現了超薄云母納米片的大量剝離法制備，并進一步利用噴涂組裝技術將所得云母納米片制備成了具有優異的機械性能、高電絕緣性和可見紫外光選擇性的類貝殼層狀結構的仿生聚合物云母膜，其整體性能優于天然片云母和其他種類的粘土仿貝殼薄膜。基于該種聚合物云母膜的獨特性能，其在柔性透明電子器件等領域具有廣闊的應用前景。此外，該技術還有望推廣到其他聚合物復合材料以及透明的紫外屏蔽涂層的研發。
文獻鏈接：Transforming ground mica into high-performance biomimetic polymeric mica film (Nat. Commun. 2018, 9, 2974, DOI: 10.1038/s41467-018-05355-6)
展開 青科大閆業海教授課題組在高性能聚合物分離膜方面取得系列進展
膜分離技術因其低能耗、低成本、分離效率高等優點，成為獲取水資源的主要技術。近年，青島科技大學閆業海教授及課題組內張廣法副教授、高愛林副教授在開發新型高效分離膜材料方面開展了大量工作，并取得系列進展。
在海水淡化用分離膜領域，為進一步提高膜的脫鹽效率和產水率，課題組分別研究了雙疏型蒸餾用膜和高效界面光熱轉換膜。針對膜蒸餾技術中，單一疏水型聚合物膜容易被含有機溶劑或表面活性劑的原料液潤濕，進而導致膜污染和截鹽率下降的問題，課題組巧妙利用NIPS法制膜過程中易于得到的互穿網絡膜孔結構提供構建雙疏表面的倒懸結構。獲得的疏水疏油聚砜膜對水和有機溶劑均表現出抗浸潤性，延長膜蒸餾使用周期（見圖1）。
圖1雙疏型聚砜膜的形貌、浸潤性與膜蒸餾性能
該研究成果發表于膜領域top期刊Journal of Membrane Science，第一作者為碩士生范慧琴。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117933
界面光熱轉換膜可利用太陽能作為加熱源，實現對海水的蒸發收集。其中提高光熱轉換界面層的光熱轉換效率是提高水蒸發速率的關鍵。課題組將還原氧化石墨烯（rGO）包覆的聚苯乙烯微球沉積于聚砜膜表面，構建具有高度粗糙結構的rGO吸光層，進一步提高了膜表面對太陽光的吸收效率（96%），水蒸發速率可提高至1.86 kg m-2h-1，見圖2。
展開 
哈工大（威海）程喜全副教授：用于環境修復的PSS-g-UiO-66增效聚合物分離膜
高性能分離膜技術可以去除染料、抗生素、CO2等分子級別污染物，是解決水污染問題和全球變暖等問題的重要手段。然而，分子分離膜滲透性和選擇性之間的“trade-off”現象是分子分離膜技術規模化去除分子污染物的障礙。近年來，通過納米填料調整聚合物選擇層孔結構的方法引起了廣泛關注，尤其是通過金屬有機框架化合物（MOFs）等材料的有機基團可以提高納米填料與聚合物膜之間的相容性，從而增強膜的滲透性和選擇性。但是，納米粒子的團聚趨勢阻礙了這類膜的規模化制備。
近日，哈爾濱工業大學（威海）程喜全副教授團隊通過在UiO-66上接枝對苯乙烯磺酸鈉（PSS）設計了一種高度分散的納米顆粒（UiO-66-PSS），并將這種納米顆粒分別增效聚電解質納濾膜和PEBA氣體分離膜傳質過程。PSS作為一種帶負電荷的水溶性物質可以促進UiO-66在水相中的分散并減少UiO-66顆粒間的聚集，獲得性能優異的納米復合膜。
圖1.（A）在UiO-66表面接枝PSS鏈的示意圖；（B）高度分散的PSS-UiO-66可實現在水環境修復和二氧化碳捕獲中的高效分離
通過原子轉移自由基聚合（ATRP）技術將PSS接枝到UiO-66上，改善了UiO-66的分散性并調整了改性UiO-66與PEM的聚電解質選擇層之間的相互作用。接枝后，UiO-66-PSS展現出優異的分散性，較小的納米顆粒尺寸和較窄的尺寸分布。
圖2.
展開 哈工大冷勁松教授團隊《中國科學》綜述：形狀記憶聚合物微納米纖維膜在生物醫學中的應用進展
形狀記憶聚合物作為一種新興的智能材料能夠記憶暫時形狀，并在外界激勵條件下主動回復到初始形狀。基于靜電紡絲技術，將形狀記憶聚合物及其復合材料制備成纖維結構，實現熱、電、光、PH、水、磁及電效應等激勵變形過程，在生物醫療、智能紡織、傳感、驅動等方面應用廣泛。近年來，受到了國內外學者的廣泛研究和關注。
哈爾濱工業大學冷勁松教授團隊就近10年形狀記憶聚合物微納米纖維膜的制備技術、結構形貌、驅動方法及其生物醫學應用進行了系統論述。文章總結了由靜電紡絲技術制備的形狀記憶聚合物微納米纖維膜的多種結構，包括無紡、核殼、中空、取向纖維等結構（Fig3）及其不同的驅動方式，包括熱驅動、磁驅動、水驅動等驅動方法。隨后，文章對形狀記憶聚合物微納米纖維膜在骨組織支架、骨組織修復、神經支架（Fig10）及細胞培養等方面的應用進行了系統總結。最后，該團隊對目前形狀記憶聚合物材料其他結構在血管直接、氣管支架、骨修復藥物及細胞載體、動脈瘤、血栓和心臟貼片等醫學領域中的應用進行了概括，并對形狀記憶聚合物微納米纖維膜未來的發展方向進行了展望。
圖文速遞
圖3 不同結構的纖維無紡結構（a）[30]；核殼結構（b）[33]；中空結構（c）[34]和取向纖維（d）[37]
圖10 在第9天，在（A）P5，（B）P5C0.5，（C）P5C1和（D）P5C2納米纖維上培養PC12細胞表達的NF200[45]
形狀記憶聚合物微納米纖維膜在生物醫學中的應用進展相應文章發表于《中國科學：技術科學》雜志上，相信這篇綜述對相關領域的研究者具有重要的參考價值。
全文連接：
https://doi.org/10.1360/N092018-00126
來源：高分子科學前沿
展開 南洋理工大學&天津大學最新Chem. Rev. 綜述：功能填充材料應用于膜法沼氣凈化方面的研究進展
圖一、本綜述涵蓋的功能填充材料
圖二、CO2和CH4分子在含有沸石填充材料的雜化復合膜內的傳輸機理
圖三、界面形貌及其對雜化復合膜分離性能的影響
2、本綜述提出用填充材料增強指數（filler enhancement index, Findex）來評價填充材料對于雜化復合膜CO2/CH4分離性能的影響。雖然高滲透系數和高選擇系數是氣體分離膜的發展目標，但常規聚合物膜大多存在氣體滲透系數和選擇系數相互制約的“博弈”現象。Robeson教授在雙對數坐標系中總結了大量已報道的聚合物膜的氣體分離性能，畫出一條所有已經報道的聚合物膜均無法越過的上限，稱為“Robeson上限”，這一上限是衡量高分子膜材料氣體分離性能的重要指標。迄今為止，雜化復合膜的分離性能也通常用“Robeson上限”來衡量。但由于高分子聚合物是雜化復合膜的連續相，其將在很大程度上決定雜化復合膜的分離性能，而填充材料只能在此基礎上對雜化復合膜的分離性能進行調節。因此只考慮雜化復合膜的絕對分離性能是否可以突破“Robeson上限”很難從根本上對填充材料在提升雜化復合膜分離性能方面的能力給出評價。基于這點，我們提出了填充材料增強指數這一概念，希望可以減弱聚合物連續相的影響，進而突出填充材料在提升雜化復合膜分離性能方面的作用。
展開 Interfaces：聚合物薄膜寬且深的損傷的自
【引言】
自修復/可修復聚合物材料能自動或者在外在刺激的作用下修復自身損傷，自從20世紀70年代后期以來引起了重大關注。這些材料可分為外植型和本征型兩大類。聚合物鏈的遷移率決定本征型自修復聚合物材料的自修復能力。因此，本征型自修復聚合物薄膜的寬的損傷的修復以聚合物鏈的高遷移率為前提。層層自組裝聚合物復合膜受到機械損傷后，在保留它們的結構和功能表現出了巨大的潛力。更重要的是，精確控制層層自組裝膜的化學成分、結構和聚合物鏈的構象，可以制備不同的功能性自修復膜，以及對自修復機理進行研究。雖然層層自組裝膜的修復的機理已經被完全證實，但聚合物薄膜的寬且深的損傷的修復的因素還沒被深入研究。
【成果簡介】
近日，吉林大學的孫俊奇教授（通訊作者）、博士生王燕（第一作者）等在學術期刊ACS Appl. Mater. Interfaces上發表了題為Polymers with a Coiled Conformation Enable Healing of Wide and Deep Damages in Polymeric Films的文章。該文用簡便的方法開發了具有卷曲構象的聚合物，制備了能修復自身的寬的損傷的層層自組裝聚合物膜。這種膜由交替沉積的帶正電荷的、具有卷曲構象的聚氨酯和聚丙烯酸組成。聚氨酯的構象從卷曲構象轉化為舒展構象，使聚氨酯和聚丙烯酸鏈發生遷移，從而修復聚氨酯/聚丙烯酸膜的寬度是膜厚6倍的損傷。
【圖文導讀】
圖1.
展開 從紅外顯微鏡看聚合物薄膜的化學構成
使用紅外顯微鏡表征聚合物薄膜的化學結構
■ PerkinElmer, Inc. / Ian Robertson
引言
多層高分子膜在各行業中應用非常廣泛。其中一個主要用途是食品和消耗品的包裝材料。由于包裝膜需要滿足各種需求來保護其內部的產品，所以多層膜通常結構非常復雜。包裝材料必須能夠包裹住內部的產品，有足夠的強度和密封能力，其生產必須機械化操作而且成本合理。對于食品包裝材料，還要能夠保護內部的食品防止外界的環境對食品的質量和安全造成影響，從而增加儲存時間。多層膜中的每一層膜都有不同阻隔作用以保護外界不同因素可能造成的影響，比如濕度、光、氧氣、微生物和其他化學物質。總而言之，傳統的高分子材料例如PET、PE、PS 和PP 等都可以用作包裝材料。這些包裝材料中有很大一部分最后都被扔至垃圾場或者被回料加工廠回收。這些材料中很多都只能緩慢地生物降解或者不能被生物降解，對環境污染非常大。因此，使用很多可生物降解聚合物或可分解聚合物來做包裝材料成為了人們的關注點。生物基材料由部分可再生或全部可再生材料制成，例如纖維素、淀粉或聚乳酸。這些生物基塑料是可生物降解的，但并不是無條件的。在有水、二氧化碳和生物能量的情況下，可分解塑料能夠被微生物完全生物降解。這些環境友好材料將來的發展前景更加廣闊。
紅外顯微已經成為表征多層聚合物膜結構之最重要的一種技術了。紅外光譜能夠鑒別材料的結構，而一臺紅外顯微鏡可以對最小10μm 的樣品進行分析，包括可以鑒別多層膜中每層膜的結構。本文介紹了紅外顯微鏡在傳統多層膜和新型可分解材料上的應用。
聚合物多層膜的紅外顯微鏡分析
聚合物膜的紅外顯微分析可以使用透射或者ATR 技術。
展開 二維納米材料——類水滑石（LDHs）用于氣體和液體膜分離過程的最新研究進展
LDHs作為吸附劑用于膜吸附過程
圖11. LDHs作為疏水層用于油水分離過程
圖12. LDHs作為離子傳導載體用于甲醇燃料電池
LDHs作為納米填料能夠促進聚合物膜的選擇分離性能、親水性、機械強度、抗污染、抗氯和熱穩定性；作為吸附劑展現出杰出的吸附性能（例如：重金屬、砷酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等）；并具有特殊的微觀結構可用于油水分離；以及良好的離子傳導能力可用于甲醇燃料電池隔膜。
【小結】
綜上所述，LDHs納米材料依靠均勻的層間通道，具有明顯的分子篩分效果，可用于制備高性能氣體分離膜；碳酸根插層的LDHs可作為CO2的高速傳輸通道。另外，LDHs可以作為有效的緩沖層，保證形成無缺陷、高性能的ZIF@LDHs復合膜。進一步將LDHs摻入聚合物膜基質中，顯著改善聚合物膜的分離性能和親水性，并且具有較好的機械強度，熱穩定性，導電性，耐氯和抗污染能力。考慮到LDHs可以進一步剝離成單層納米片或化學改性以改善與聚合物膜的親和力和相互作用，為設計下一代高性能分離膜提供了新的途徑。
文獻鏈接：Recent advances in layered double hydroxides (LDHs) as two-dimensional membrane materials for gas and liquid separations (J. Membr. Sci., DOI: 10.1016/j.memsci.2018.09.041)
展開 中山大學鄭治坤教授課題組等《JACS》：在聚合物導熱方面取得新進展
在近室溫大氣條件下獲得了熱導系數可達6.5 W m-1 K-1（不銹鋼為14到16 W m-1 K-1）的二維聚合物膜，發現二維聚合物膜晶疇間界面熱阻（Kapitza resistance）約為金剛石的1000倍，指出高度規整二維聚合物膜導熱能力的提升主要歸功于樣品結晶度/純度提高，晶界減少，總的接觸和界面熱阻降低，和聲子-晶界和聲子-界面散射減弱。
相關研究成果近期發表在J. Am. Chem. Soc.上，題目為：“Nanoporous and Highly Thermal Conductive Thin Film of Single-Crystal Covalent Organic Frameworks Ribbons”，中山大學在讀博士研究生譚方林和中國人民大學在讀博士研究生韓爍為論文的共同第一作者，中山大學鄭治坤教授、中國人民大學陳珊珊教授和德累斯頓工業大學戚浩遠博士為通訊作者。
上述研究得到了國家自然科學基金，廣東省自然科學基金，和中國人民大學研究基金等經費的支持。同時得到了中山大學儀器分析與測試中心和上海同步輻射光源的支持。
展開 
靜電紡絲技術增強金剛石納米片/聚合物復合膜的熱導率
聚合物具有輕質、電絕緣、柔韌性等優良性能，能夠滿足柔性電子新技術發展的需要。然而，聚合物的低固有熱導率限制了它們在電子領域的應用為滿足散熱需求，通常在聚合物中加入填料，以增強聚合物復合材料的導熱性。
傳統混合方法得到的復合材料不僅填料在聚合物中的分布無序，當填料含量較低時不能形成導熱網絡，而且增加了聚合物基體與填料之間的界面熱阻。利用功能化填料降低填料/襯底界面處的熱阻是近年來的研究熱點，但該方法的實際應用受到填料狀態和加工方法的影響。因此，尋找一種有效的方法來提高低填料負載下聚合物復合材料的熱導率仍然是一個具有挑戰性的課題。
靜電紡絲技術不僅操作簡單，而且對纖維的直徑、形態和性質的控制效果好。但是，簡單的單軸靜電紡絲在構建特定結構方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結構的靜電紡絲來構建獨特的結構，從而提高復合材料的導熱性能。靜電紡絲技術因其在構建連續納米纖維方面的獨特優勢而受到廣泛關注。
02
成果掠影
近期，桂林理工大學陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術研究所虞錦洪研究員近期在開發高熱導率的熱管理材料取得新進展。
提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復雜的預處理程序和引入多余的添加劑。結果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復合纖維的導熱系數分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。
展開 蘇州大學張偉教授團隊Angew：非手性聚合物體系中超分子手性的傳遞、放大、存儲以及手性自修復
(a)非手性聚合物以及手性檸檬烯的化學結構式，（b）聚合物薄膜交聯固定手性過程示意圖，（c）超分子結構手性自修復過程示意圖。
作者首先將非聚合物薄膜置于檸檬烯蒸汽氛圍進行高溫熏蒸，降溫即可實現手性誘導。通過DSC、SAXS以及POM一系列表征手段確定了該手性超結構為手性向列相，隨著聚合物末端羥基含量的增加，誘導所得的手性信號強度呈減小趨勢。并且這一來自蒸汽誘導的手性在完全除去手性蒸汽分子以及交聯固定過程中可以完美保持。
圖2. (a)聚合物膜手性誘導過程CD與UV吸收光譜，(b)聚合物側鏈末端羥基含量對于手性表達的影響，(c), (d)手性蒸汽誘導前(c)后(d)聚合物膜液晶織構的變化，(e)交聯固定過程手性薄膜CD與UV吸收光譜。
進一步地，通過與未交聯的手性聚合物薄膜對比，交聯固定的手性薄膜在受到加熱，光照以及溶劑的刺激時，其手性可被短暫地完全破壞（CD光譜無手性表達）。然而僅通過簡單的加熱降溫處理，手性自修復程度即可幾乎達到百分之百，多次循環測試仍無法觀察到明顯的手性減弱。而未交聯手性聚合物膜在經歷同樣處理之后手性則完全消失。可以看出，交聯固定之后的手性薄膜，其手性記憶能力得到了質的提升。
圖3. 交聯固定的手性聚合物薄膜在受到溶劑(a)、熱(b)以及紫外光照(c)條件刺激時，手性記憶以及自修復過程。
該工作首次報道了在無手性源存在下，完全非手性體系中手性“開關”的構建。微觀尺度的手性自修復思想為新型手性材料的發展增添了更多的可能性，并且這一先誘導后交聯的手性傳遞以及存儲方式將為多功能手性材料的設計提供新的思路。
展開 英國圣安德魯斯大學Nature Communications: 柔性、超輕聚合物膜半導體激光器
Gather教授課題組通過一種簡單的制作方法得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。該成果以題為"Flexible and Ultra-Lightweight Polymer Membrane Lasers"發表在Nature Communications上。
【圖文導讀】
圖1. 薄膜激光器的制造和物理性質
(a).圖示激光迭陣浸在水中；
(b).激光迭陣的組成；
(c).圖示浮膜
(d).浮膜圖;
(e).二階DFB激光薄膜的垂直激光發射；
(f).薄膜激光器圖；
圖2. 薄膜激光器的表征
(a).不同材料激光器的輸入-輸出性質；
(b).基于F80.9BT0.1的薄膜激光器的發射光譜；
(c).光譜線寬vs器件輸入能量密度；
(d).近場和遠場發射；
圖3. 薄膜激光器紙幣安全上的應用
圖4. 薄膜激光器在可穿戴安全標簽上的應用
【小結】
在這個工作中，作者報道了通過一種簡單的制作方法，得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。
文獻鏈接：Flexible and Ultra-Lightweight Polymer Membrane Lasers(Nat. Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-03874-w)
展開 哈工大邵路團隊在高效溫室氣體捕集分離膜及納米復合界面評價方向取得突破
膜分離技術是一種能夠實現高效CO2捕集分離的新型低碳技術。聚合物分離膜具有成本低，加工型號等優點，但氣體滲透性能與選擇性之間存在此消彼長的制約關系，即Robeson’s upper bound。然而隨著工業迅速發展，降低碳排放的需求日益倍增，傳統的聚合物分離膜性能逐漸落后。具有超高比表面積，高度規整次納米級孔道結構的金屬有機框架材料（MOFs）的出現為分離膜材料提供了新的機遇。但純的MOF膜合成過程復雜，加工難度大，難以大規模應用，因此催生了MOFs為納米填料的復合分離膜，這種納米復合膜結合了聚合物的優良加工性和MOFs高效的氣體篩分能力，極大地提高了聚合物膜的分離潛力，豐富了分離膜的材料選擇。
日前，哈爾濱工業大學化工與化學學院教授、城市水資源與水環境國家重點實驗室成員邵路團隊基于UiO-66型MOF的合成后表面官能化，制備了具有帶有反應性烯丙基的UiO-66-MA納米顆粒，并將其與帶有雙鍵的PEO大分子單體共混，通過紫外引發自由基交聯得到了具有良好界面結合性能和高效CO2分離能力的納米復合膜。
圖a為納米復合膜的制備過程，圖b為UiO-66-NH2，UiO-66-MA的拓撲結構，圖c為復合膜的3D結構示意
UiO-66-MA與PEO交聯網絡之間的共價連接極大地改善了UiO-66-MA的分散性，促進了CO2在膜內的傳輸。同時良好的界面結合可以避免非選擇性孔洞等缺陷的形成，不會影響復合膜的氣體選擇性。該納米復合膜的CO2滲透通量最高可達1439 Barrer，超越了upperbound及眾多PEO基的CO2分離膜。
展開 