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29
2026
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04
EST: 把“分子笼”装进膜里，协同筛分与吸附实现CO₂捕集
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背景
随着化石能源的大规模使用，二氧化碳排放持续增加，已成为全球气候变化的核心驱动因素之一。高效碳捕集技术因此成为实现碳中和的关键路径。相比传统胺吸收或吸附方法，膜分离具有能耗低、流程简单、易于连续化等优势，但仍面临两个关键瓶颈：渗透性–选择性权衡 + 长期运行稳定性不足。尤其是以PIM-1为代表的高自由体积聚合物，虽然具有优异通量，但往往选择性不足且存在明显老化问题。因此，如何在保持高通量的同时提升选择性与稳定性，成为膜材料设计的核心挑战。
创新
近日，中国科学技术大学刘江涛教授团队提出“分子笼嵌入+协同传输机制”策略，从分子尺度重构气体分离路径：
分子级填料设计：引入可溶性多孔有机笼（POC）分子，实现与PIM-1基体的均匀分散，避免传统填料界面缺陷；
精准孔径调控：设计窗口尺寸为3.6 Å的有机笼结构，恰好位于CO₂与N₂分子尺寸之间，实现精准分子筛分；
极性吸附增强：笼分子表面的羟基（–OH）与CO₂形成强相互作用，提高CO₂选择性吸附；
协同传输机制构建：孔径限域 → 阻挡N₂扩散；极性作用 → 促进CO₂吸附与传输；→ 实现“筛分+吸附”协同增强；
性能显著突破：CO₂渗透率达4690.8 Barrer；CO₂/N₂选择性达35.6；超越2019 Robeson上限；
优异稳定性：在高温（100°C）、高压（20 bar）及120天老化条件下仍保持稳定性能。
意义
该工作通过将“分子笼”引入聚合物体系，实现了从宏观填料增强到分子级精准调控的转变。相比传统混合基质膜，该策略有效避免了界面缺陷问题，同时实现孔结构与化学环境的协同优化。更重要的是，研究提出“限域筛分+极性吸附”的统一机制，为气体分离膜设计提供了新的理论框架。这种设计不仅适用于CO₂捕集，也可拓展至其他气体分离体系。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/3PdjhugXtIgjj2LK7EEAzw
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