JMS：將陰離子COF納米片納入MOF膜，實現丙烯/丙烷分離的高選擇性

本研究通過將帶負電的羧基化共價有機框架納米片引入金屬有機框架膜中，成功制備出一種高性能的丙烯/丙烷分離膜。研究團隊采用電化學共沉積法，將COF納米片與ZIF-8共同沉積在多孔載體上，構建出MOF-COF混合基質膜。帶負電的COF納米片能夠通過靜電作用富集鋅離子，并通過界面配位促進ZIF-8的成核與生長，在減少晶界缺陷的同時，借助COF的納米通道降低氣體傳質阻力。實驗結果表明，優化后的復合膜在丙烯/丙烷分離中表現出優異的性能，選擇性和滲透通量相比純ZIF-8膜均有顯著提升。該膜在長期運行中保持穩定，且在較高壓力下仍具有可恢復的分離性能。通過系列表征，研究揭示了COF納米片與ZIF-8之間的多重界面相互作用，包括配位鍵、氫鍵以及靜電作用，這些協同效應增強了膜的結構穩定性和分子篩分能力。此外，該策略還可拓展至多種不同羧基官能團的陰離子COF，證明了方法的普適性。本研究為設計高性能氣體分離膜提供了新思路，通過將MOF的精確篩分能力與COF的低阻力傳質通道相結合，有望推動能源密集型烯烴/烷烴分離過程的節能降耗。

文獻要點

1.創新制備方法: 研究采用電化學共沉積法，首次將陰離子COF納米片引入ZIF-8膜中，成功構建了MOF-COF混合基質膜，方法簡便且可擴展至多種羧基化COF。

2.雙重功能調控:帶負電的羧基化COF納米片作為模板富集鋅離子，通過靜電作用和界面配位促進ZIF-8成核生長，同時COF納米通道降低傳質阻力，減少晶界缺陷。

3.優異分離性能:優化后的復合膜在丙烯/丙烷分離中表現出高選擇性和高通量，性能較純ZIF-8膜顯著提升，且在長期運行和較高壓力下保持穩定。

4.多重界面協同:COF與ZIF-8之間形成Zn-O配位鍵、氫鍵和靜電相互作用，多重界面協同增強了膜的結構穩定性，有效抑制壓力誘導的缺陷形成。

5.普適性設計策略:該制備方法適用于多種不同羧基官能團的陰離子COF，為設計高性能MOF-COF復合膜用于能源密集型氣體分離提供了通用平臺。

圖文詳情

圖1. 本工作示意圖。通過在MOF前驅體溶液中引入羧基化COF納米片制備MOF-COF混合基質膜。

圖2. TpBDCA的表征。(a) TpBDCA納米片的AFM圖像及丁達爾效應照片；(b) TpBDCA納米片的HRTEM圖像及FFT圖；(c) TpBDCA粉末的實驗與模擬XRD譜圖；(d) TpBDCA前驅體及TpBDCA納米片的FTIR光譜；(e) TpBDCA+ZIF-8體系的Zeta電位；(f) QCM測得的TpBDCA對Zn2?的吸附曲線（紅色）和對2-甲基咪唑的吸附曲線（藍色）。

圖3. MOF-COF混合基質膜的表征。(a) ZIF-8膜的頂視圖（上）和截面圖（下）SEM圖像；(b) TpBDCA-ZIF8-3膜的頂視圖（上）和截面圖（下）SEM圖像（比例尺為1 μm）；(c) ZIF-8膜及TpBDCA-ZIF8膜的XRD譜圖；(d) ZIF-8膜及TpBDCA-ZIF8膜的FTIR光譜；(e) ZIF-8膜、TpBDCA納米片及TpBDCA-ZIF8膜的C 1s高分辨XPS分峰擬合譜圖；(f) TpBDCA-ZIF8-3膜的N 1s高分辨XPS分峰擬合譜圖。

圖4. TpBDCA-ZIF8的氣體分離性能。(a)不同納米片負載量的TpBDCA-ZIF8膜的丙烯/丙烷氣體分離性能；(b) TpBDCA-ZIF8-2膜的長期丙烯/丙烷分離穩定性（等摩爾丙烯/丙烷混合氣，25°C，進料壓力1.1 bar）；(c)不同進料壓力下TpBDCA-ZIF8膜的丙烯/丙烷分離性能；(d) TpBDCA-ZIF8-2膜與文獻報道的高性能膜丙烯/丙烷分離性能對比。

圖5. MOF-COF混合基質膜的頂面和截面SEM圖像。(a, d) TpPAC-ZIF8；(b, e) TpPAD-ZIF8；(c, f) TpBDSA-ZIF8（比例尺為1 μm）。不同納米片負載量的MOF-COF混合基質膜的丙烯/丙烷氣體分離性能（等摩爾丙烯/丙烷混合氣，25°C，進料壓力1.1 bar）；(g) TpPAC-ZIF8；(h) TpPAD-ZIF8；(i) TpBDSA-ZIF8。

文獻詳情

Title: Incorporating Anionic COF Nanosheets into MOF Membranes for High Selectivity in Propylene/Propane Separation

Authors: Wen Wang, Mingang Zhao , Quan Zhao, Yong-Jun Tian , Ziheng Song, Md Badiuzzaman Wadud, Qianfeng Pan, Jianyu Wang, Hanze Ma, Sheng Yuan, Shilin Guo, Yanxiong Ren, Xuerui Wang, Guangwei He*, Zhongyi Jiang

To be cited as :J. Membr. Sci.2026, 125386.

DOI：10.1016/j.memsci.2026.125386

（來源：網絡版權屬原作者 謹致謝意）