近日，哈爾濱工業大學化工與化學學院、城市水資源與水環境國家重點實驗室成員邵路教授帶領團隊提出新方法，合成製備了含有超高含量金屬有機骨架(MOF)的高效碳捕集分離膜。相關論文“麵向可持續碳捕集的超高含量金屬有機骨架混合基質膜的生物共生係統啟發合成研究”發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上發表

　　邵路教授團隊的成果是該期刊上發表的首篇關於碳捕集分離膜的研究，也是我校作為唯一通訊單位在《美國國家科學院院刊》上發表的首篇研究論文。邵路教授為該論文唯一通訊作者，論文第一作者為化工與化學學院博士生赫羴姍。

　　近年來，我國提出碳達峰、碳中和的氣候目標。高效的碳捕獲技術是減少碳排放和二氧化碳進一步催化轉化的前提和基礎，是實現“雙碳”目標的關鍵技術。結合多種材料特性的混合基質膜成為碳捕集膜的研究前沿和熱點。然而，高性能填料(如金屬有機骨架)的含量受限、分散性差和聚合物-填料間的界麵相容性差等問題會導致界麵缺陷和內部空隙，從而影響膜碳捕集性能。如何製備填料含量高、且具有良好的界麵相容性和分散性的含金屬有機骨架混合基質膜是國際上亟待突破的瓶頸問題。

　　邵路團隊受自然界中根瘤菌誘導根瘤的共生過程的啟發，提出了全新的策略來構建具有超高金屬有機骨架含量的混合基質膜。在氯仿/水混合溶劑反應條件下，合成的金屬有機骨架晶體尺寸更小，並能均勻分散在高滲透性的自具微孔聚合物基體中，金屬有機骨架的負載重量含量高達67.2 %，自具微孔聚合物的氰基與金屬有機骨架的亞氨基基團間特有的相互作用，保證了新型混合基質膜優異的界麵相容性，避免了超高含量金屬有機骨架的團聚和膜中缺陷的產生。研究表明，超高含量金屬有機骨架的嵌入能顯著增強混合基質膜的二氧化碳溶解係數，賦予了膜優異的選擇性，同時可提高自具微孔聚合物膜的抗物理老化和塑化能力，增強膜在實際應用過程中的穩定性。

生物共生係統啟發的超高含量金屬有機骨架混合基質膜合成示意圖

　　該研究提出的由生物共生係統啟發的新合成方法，突破了長期以來如何使兩類膜材料(比如自具微孔聚合物和金屬有機骨架)“完美結合”的瓶頸問題，能充分發揮混合基質膜中材料傳質分離的特性，極大推動碳捕集分離膜的應用進程。