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16
2026
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07
Nature: 打破“性能–规模化”鸿沟，准纯MOF膜迈向工业气体分离新时代
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背景
气体分离是现代化工产业的核心单元操作，从烯烃/烷烃分离到碳捕集与氢气纯化，长期依赖高能耗的低温精馏过程，带来巨大的能源与碳排放负担。膜分离因其基于分子尺寸筛分、能耗低且模块化程度高，被视为理想替代方案。然而，其工业化进展长期受限于一个关键矛盾：高性能材料难以规模化，易规模化材料性能不足。其中，金属有机框架（MOF）膜凭借高度有序的孔道结构，在分子级分离中展现出接近“理论极限”的选择性，但其制备依赖精细晶体生长，难以实现大面积无缺陷制备；而传统聚合物膜虽具备良好的加工性，却难以满足高难度分离（如丙烯/丙烷）的工业要求。这种“性能–可加工性”的矛盾，成为MOF膜走向产业化的核心瓶颈。
创新
近日，香港科技大学周胜教授团队联合法国蒙彼利埃大学Guillaume Maurin院士团队、华南理工大学韩宇教授团队、沙特阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi教授和清华大学王海辉教授提出“准纯MOF膜”新概念（MOF体积分数>90%），通过“融合相”策略，将MOF与少量聚合物在界面层面转化为单一连续相结构，从根本上突破传统混合基质膜（MMM）填料含量受限的问题。其关键在于两点突破：一方面，通过将MOF转化为二维纳米片并引入分子锚定，实现MOF表面的“类聚合物化”，赋予其可控流变特性；另一方面，在*高固含量条件下构建稳定的絮凝网络，避免颗粒团聚，从而实现溶液法加工。这一策略不仅保留了MOF的本征分离性能，还赋予材料工业加工能力。基于该方法构建的准纯MOF膜，在丙烯/丙烷分离中实现约100的选择性与160 Barrer的渗透率，性能接近纯MOF膜，同时成功实现工业条件下的卷对卷连续制备，标志着从实验室材料到工程制造的关键跨越。
意义
该工作*系统性解决了MOF膜“高性能与可规模化不可兼得”的长期难题，将材料性能与工程制造真正统一，为*气体分离提供了现实可行路径。从应用角度看，该技术在烯烃分离中可实现约80%的成本降低，直接挑战传统精馏工艺，对石化行业节能减排具有重要意义。同时，其在碳捕集与氢气纯化等关键领域的拓展潜力，也使其成为能源转型中的重要支撑技术。更深层次地，这一研究建立了一种“材料–流变–制造”协同设计范式，将膜材料设计从单纯结构优化拓展到加工行为调控，为晶态多孔材料的工程化应用提供了通用策略。总体而言，准纯MOF膜的提出，不仅是性能突破，更是推动膜分离技术迈向工业化的重要里程碑。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/qpX9XWBizqcoMeUi5GossA
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