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25
2026
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07
Nat. Commun.: 把MOF颗粒“焊”在一起，界面聚酯化如何破解膜缺陷难题
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背景
金属有机框架（MOF）因其规则孔道和可调化学结构，被认为是实现*气体分离的理想材料。然而，在从“粉体”走向“膜材料”的过程中，一个长期未解的核心问题始终存在——界面缺陷。在实际膜制备中，MOF颗粒之间不可避免地存在晶界缝隙、微裂纹或相界不匹配，这些缺陷会形成“旁路通道”，使气体绕过本应*筛分的孔道，导致选择性大幅下降。即使单个MOF晶体性能优异，一旦组装成膜，其分离性能往往严重折损。传统策略如提高结晶度、引入聚合物填充或界面改性，虽然在一定程度上缓解了问题，但仍难以在“高MOF含量”和“低缺陷”之间实现真正统一。
创新
近日，河北科技大学陈爱兵教授团队联合天津工业大学乔志华教授团队和澳大利亚昆士兰大学侯经纬教授提出了一种“界面原位聚酯化”策略，从化学键层面重构MOF颗粒之间的连接方式。具体而言，引入小分子三乙醇胺（TEOA），在热处理过程中与MOF表面的羧酸配体发生局部缩聚反应，在颗粒接触界面生成“锚定型聚酯链”。这些聚酯结构相当于在MOF颗粒之间形成分子级“桥梁”，将原本依赖弱相互作用的颗粒牢固连接起来，从而有效消除界面缺陷。与传统填充或包覆不同，该策略并不引入连续聚合物相，而是仅在颗粒接触点进行“点对点”化学连接，既保持了高达92.7 wt%的MOF含量，又避免了非选择性传输路径的产生。最终构建的膜在CO₂/N₂分离中表现出优异性能：CO₂渗透率达1310 GPU，选择性达到38，并突破经典上限。同时，该界面结构还显著提升了膜的耐湿性和可再生性。
意义
该工作从根本上改变了MOF膜的构筑思路：不再简单依赖“填充或混合”，而是通过“界面化学反应”实现颗粒之间的本征整合，使膜真正接近“准纯MOF”状态。在应用层面，这一策略为高性能气体分离（如碳捕集、烯烃分离等）提供了兼具高通量、高选择性与稳定性的解决方案，并具备一定的通用性，可推广至多种羧酸型MOF体系。更重要的是，该研究强调了一个关键理念：对于多孔材料膜而言，决定性能的不仅是“孔结构”，更是“颗粒之间如何连接”。通过界面化学工程实现缺陷消除，将成为推动MOF膜走向工业应用的重要方向。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/eEuYXnvJi6AJRWiUUMWbMA
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