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2026

Nat. Commun.: 突破裂纹与致密化瓶颈，解锁大面积自支撑MOF玻璃气体分离膜

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一、背景：MOF玻璃——理想却难以放大的分子筛材料

膜分离技术可较传统低温精馏降低高达80%的能耗，是实现绿色工业分离的关键路径。金属有机框架（MOFs）因其规则孔道和可设计结构，被视为高选择性分子筛膜的理想材料。近年来，熔融淬火MOF玻璃（如ZIF-62）成为新兴方向。相比晶态MOF膜，MOF玻璃具有三大优势：无晶界扩散，避免泄漏通道，可液态加工，具备成型与抛光能力，孔结构可通过热处理调控。然而，其实际应用面临严峻挑战：熔体高粘度导致冷却后易开裂，高温加工易发生致密化，损失孔隙，难以制备大面积自支撑薄膜，这些问题严重限制了MOF玻璃膜的规模化制备与工业应用。

二、创新：系统化熔融–退火调控实现厘米级自支撑膜

近日，德国耶拿大学Alexander Knebel团队以经典MOF玻璃前驱体ZIF-62为模型，提出一套系统化热–力学调控策略，成功制备厘米级、大面积、自支撑且无裂纹的MOF玻璃膜。核心创新包括：

1. 优化熔融界面匹配

通过实验筛选合适基底材料与热力学参数，降低界面应力积累，避免玻璃开裂。

2. 低于Tg的退火消应力处理

在玻璃转变温度以下进行**退火，释放内部应力，防止后续裂纹形成。

3. 避免高能耗二次加工

不同于热压或重熔方法，本策略避免过度致密化，*大限度保留可接近孔隙。

最终成功制备：均匀、无晶界、无缺陷的agZIF-62玻璃膜，厘米级自支撑薄片结构，大面积活性区域可用于气体渗透测试，显微结构分析确认其均一性与边界无缺陷特征。在气体分离性能方面，膜展现出**锐利的甲烷分子筛截止行为：CH₄渗透率低至气相色谱无法检测，近乎100%甲烷截留，无晶界扩散或泄漏迹象，体现出接近“理想无缺陷分子筛”的性能表现。

三、意义：为MOF玻璃膜工业放大奠定基础

该研究**系统解决了MOF玻璃“可加工但不可放大”的核心矛盾，具有重要意义：

1. 打通大面积自支撑制备路径，摆脱陶瓷支撑依赖，简化工艺流程。

2. 保持孔隙与结构完整性，在避免致密化的同时，实现高精度分子筛。

3. 提出可扩展设计理念，包括模块化膜组件设计与柔性连接结构，为工业放大提供工程思路。

4. 可推广至其他MOF玻璃体系，为更多可熔融MOF材料的玻璃化与膜化提供参考框架。

尽管渗透率仍有提升空间，但其近乎**的分子筛截止性能，使其在高精度分离（如天然气升级等）领域具有独特优势。