天博成果登《科学》，南京工业大学在膜领域取得重大突破—新闻—科学网
来源：天博企业
发表时间:
2024-07-17
南京工业年夜学质料化学项目国度重点试验室金万勤传授课题组提出“固态溶剂法”制备超薄超高掺杂量的混淆基质膜。北京时间昨天凌晨2:00，该结果以“Solid-solvent processing of ultrathin, highly loaded mixed-matrix membrane for gas separation”为题于线刊发在国际闻名期刊《Science》（《科学》）。
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南京工业年夜学陈桂宁玻士后为第一作者、刘公允传授以及金万勤传授为配合通信作者，介入单元有沙特阿卜杜拉国王科技年夜学以及姑苏试验室。这是该团队继二维质料膜（Nature, 2017, 550, 380）以及金属无机框架膜（Nature Materials, 2023, 22, 769）研究事情以来，于限域传质膜这一前沿标的目的取患上的另外一庞大进展。
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份子分散于化工、能源以及情况等范畴具备主要职位地方，比拟传统分散技能，膜分散具备能耗低以及情况敌对等上风。将高机能有机填料掺杂于聚合物中制备混淆基质膜，无望冲破聚合物膜渗入性以及选择性的制约瓜葛，成为最近几年来国际研究前沿。然而，混淆基质膜仍未年夜范围运用，面对填料团圆以及界面缺陷的庞大应战，怎样制备超薄超高掺杂的完好陷混淆基质膜是学术界以及财产界始终以来寻求的胡想。
金万勤传授团队是国际上较早开展混淆基质膜研究的团队之一，基在连续多年的研究堆集和对于要害科学问题的深切理解，他们跳出传统思维模式，提出“固态溶剂法”制备混淆基质膜，研究将聚合物作为固态溶剂，消融填料的先驱体（金属盐）并将其涂覆于多孔载体外貌造成超薄膜层，尔后将聚合物中的先驱体原位转化成填料（金属盐与无机配体蒸气反映造成金属无机框架）。区分在传统的“合成填料—分离填料—填料与聚合物混淆”制备混淆基质膜的繁杂工艺，该要领仅需于聚合物中消融高含量先驱体便可实现高含量填料的匀称超薄化掺杂，同时组织了以填料为主体相的新型混淆基质膜布局，填料之间造成的贯串孔道为份子提供超快传输通道。
图1：膜制备示用意
试验成果注解，“固态溶剂法”制备的混淆基质膜厚度仅为50 nm，填料掺杂量高达80%以上。基在超薄膜层以及填充的贯串筛分孔道，该混淆基质膜体现出类有机膜（纯填充相）的优秀分散机能，氢气/二氧化碳分散机能超出跨越现有聚合物膜以及混淆基质膜1~2个数目级，于碳捕集等历程极具运用潜力，无望助力我国双碳战略方针的实行。
此外，“固态溶剂法”重要依赖聚合物膜的加工制备技能，是以易在放年夜制备成超薄的平板型以及中空纤维型混淆基质膜，且合用在差别类型的填料以及聚合物基质，体现出精良的范围化制备远景与膜质料普适性，已经获授权中国发现专利ZL202210222277.3，并申请美国专利US 18/165235。今朝，团队于国度重点研发工程（2022YFB3804800）的资助下，正于开展混淆基质膜的放年夜制备与运用技能研究。
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图2：膜布局与分散机能
该事情从底子上解决了填料团圆以及界面缺陷两个持久以来困扰混淆基质膜成长的技能难题，并初次从试验上证实了超薄超高掺杂混淆基质膜的可行性，也为成长基在纳米质料的超薄分散膜及功效涂层提供了新思绪以及理论技能根蒂根基。该事情被同期《Science》以“超薄膜筛分气体Ultrathin membranes to sieve gases”为题举行专题不雅点评述（Perspective）。
这一研究是该团队于混淆基质膜标的目的十多年对峙不懈研究的成果。早于2008年，金万勤传授就摆设了其时于课题组做本科卒业论文的刘公允测验考试制备基在沸石填料的混淆基质膜，尔后提出了填料外貌接枝/涂覆计谋，制备了高分离性的份子筛混淆基质膜（Chem. Eng. J., 2011, 174, 495；美国专利US8809420 B2）。2015年，他们提出了高份子引诱拆卸要领，制备了具备层间筛分通道的二维质料混淆基质膜（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 578；中国发现专利ZL201410526519.3），该事情被美国项目院院士耶鲁年夜学Elimelech传授于Science上评价为冲破膜渗入性-选择性制约瓜葛的两亨衢径之一。这次，团队摸索了“固态溶剂法”制备超薄超高掺杂量的混淆基质膜，陈桂宁玻士生经由过程三年多的试验研究，终究得到乐成。
“这一事情要感激导师徐南平院士的持久引导以及鼓动勉励，他提倡做研究要‘接近科学、接近项目’、‘挖井要挖到出水’，感激公允以及桂宁等学生，是他们经由过程孳孳不倦的起劲以及有数次的测验考试才得到好的成果。”金万勤说道。
该研究获得了国度重点研发工程、国度天然科学基金、协同立异中央等工程资助，和质料化学项目国度重点试验室、南京工业年夜学化工学院、姑苏试验室能源情况质料部等鼎力大举撑持。
论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adi1545
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