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24
2026
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03
JMS: 限域原位结晶打造无缺陷高性能混合基质膜
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一、背景：混合基质膜的“界面之痛”
在全球CO₂排放持续攀升的背景下，开发**、低能耗的膜分离技术已成为碳捕集的重要方向。混合基质膜（MMMs）因兼具聚合物的可加工性与MOF的高传质能力，被视为突破“渗透率–选择性权衡”的关键材料体系。然而，现实问题始终存在：MOF颗粒易团聚，聚合物–填料界面相容性差，易形成非选择性空隙缺陷。这些缺陷会严重降低CO₂/N₂选择性，使理论优势难以转化为实际性能。即便采用“原位结晶”策略，如果MOF颗粒尺寸较大，仍可能因无法被聚合物链充分包裹而产生界面泄漏通道 。因此，如何在膜内部**控制MOF颗粒尺寸与空间分布，成为构建无缺陷MMMs的核心挑战。
二、创新：限域空间内原位结晶，实现纳米级**调控
近日，北京工业大学安全福教授团队提出一种限域空间内原位结晶策略，通过交联网络构建受限环境，实现MOF纳米颗粒的可控生长。核心思路包括：
1. 分子级均匀混合
将可交联预聚物与MOF前驱体在溶剂中分子级溶解混合。
2. UV交联构建限域空间
通过紫外诱导交联，形成高度交联的凝胶网络，为后续MOF生长提供“纳米反应腔”。
3. 受限生长**控制颗粒尺寸
在甲醇–氨水体系中触发ZIF-8原位结晶。通过调节交联密度，将MOF颗粒尺寸从233 nm降低至47 nm。更小尺寸的MOF颗粒：提供更高比表面积与活性位点，与聚合物链形成更紧密界面结合，有效抑制界面缺陷形成。最终实现性能的“协同提升”：CO₂渗透率提升17.5倍（3.4 → 63 Barrer），CO₂/N₂选择性提高26%（30 → 38）。同时，由于高度交联结构与MOF颗粒的协同增强作用，膜在压力条件下表现出优异的机械稳定性，并可连续稳定运行200小时 。
三、意义：为无缺陷MMMs提供可推广路径
该研究在结构设计与制备策略上具有重要意义：
1. 从“后混合”到“限域生长”，突破传统物理混合模式，消除界面兼容性难题。
2. 实现性能协同提升而非权衡，**在该体系中实现CO₂渗透率与选择性的同步增强。
3. 提供可调控的尺寸工程平台，通过交联密度调控限域空间，实现MOF尺寸**可控。
4. 强化膜结构稳定性，MOF颗粒兼具填料与交联增强双重角色，提高膜的耐压与耐久性能。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/-g0Xbxx3UG2L2m5xjfK20Q
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