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  針對氣體物質的分離，傳統的蒸餾、精餾、吸附-解吸等方法屬于能源密集型工業，分離過程耗費大量能量，設備復雜，具有較高的成本和潛在的環境風險。而膜法分離具有分離過程無相態及化學變化、選擇性高、適應性強、成本低廉、節能環保等特點，因此具有巨大的工業應用價值。混合基質膜或納米復合膜是有機高分子材料與無機多孔材料的結合，其中聚合物為連續相，多孔材料為分散相，通過多孔材料的介入，促進氣體在膜內的傳輸，提高分離膜的滲透通量或選擇性。這種方法可以集聚合物的可加工型和無機納米材料的分子篩性能于一身，是聚合物膜的一種長足改進。然而，納米材料與聚合物結合的過程中，往往因為二者之間的相容性較差，納米顆粒無法在聚合物中有效分散，導致性能遠低于預期，因此提高納米填料與聚合物之間的界面結合性能對制備高性能納米復合膜起決定性作用。

  近日，哈爾濱工業大學城市水資源與水環境國家重點實驗室成員、化工與化學學院邵路教授團隊基于金屬有機框架（MOFs）的合成后表面官能化，制備了具有帶有反應性官能團的UiO-66型MOF，使其參與大分子聚合物單體的自由基交聯中，成功制備了具有良好界面結合性能的納米復合膜。

  通過對氨基化的UiO-66-NH2進行官能化，使其接枝上具有高反應活性的烯丙基，得到可參與自由基反應的UiO-66-MA，進一步與帶有雙鍵的PEO大分子單體進行UV共聚，由于UiO-66-MA 顆粒與聚氧化乙烯（PEO）之間產生了共價鍵結合，UiO-66-MA可以均勻充分地分散在PEO膜中并且不產生任何缺陷，因此氣體分子有更多的機會穿過MOF顆粒，促進了氣體在膜內的傳輸，將CO2滲透通量從400 Barrer 提高至1439 Barrer。相對而言，氨基化的UiO-66-NH2由于與PEO之間缺乏有效的相互作用，容易形成團聚，氣體分子不能有效的穿過MOF孔道，因此對復合膜性能的促進作用十分有限。

  在進一步對復合膜的CO2塑化行為進行研究時，發現該復合膜界面結合性能與CO2的塑化行為存在緊密聯系。摻雜了UiO-66-MA的界面較好的復合膜的CO2塑化行為被強烈抑制，塑化程度遠低于純PEO交聯膜，而摻雜有UiO-66-NH2的界面較差的復合膜的CO2塑化現象顯著增強，塑化程度高于純PEO分離膜。這種現象是由于UiO-66-MA與PEO之間的緊密鍵合束縛了PEO分子鏈之間的滑移，抵抗了CO2對PEO交聯網絡的塑化作用，而不與PEO相作用的UiO-66-NH2 撐大了PEO分子鏈之間的距離，使得分子鏈更容易滑移，促進了CO2對PEO交聯網絡的塑化作用。這一現象的發現有望建立起一種新的基于塑化行為的納米復合材料的界面評價體系，對復合材料的設計和改進具有重要指導意義。

  該研究作為背封面（Outside back cover）發表在著名學術期刊《材料化學A》上，該研究得到了國家自然科學基金的支持。

  論文作者：Xu Jiang, Songwei Li, Shanshan He, Yongping Bai and Lu Shao*

  Interface Manipulation of CO2-philic Composite Membranes Containing Designed UiO-66 Derivatives towards Highly-efficient CO2 Capture. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 15064–15073

論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta03872d#!divAbstract