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Angew. Chem. :COF纳米片诱导制备100 nm晶态MOF膜用于丙烯丙烷高效分离2023-06-14
金属-有机框架(MOF)膜在气体混合物高效分离中具有重要应用前景。超薄、无缺陷MOF膜的规模化制备是重要发展方向。晶种诱导的二次生长在MOF膜制备中应用较为普遍,但目前膜的厚度偏大,分离性能较低。

为此,天津大学的姜忠义教授、何光伟教授和新加坡国立大学的赵丹教授合作,提出了一种用共价有机框架(COF)纳米片诱导MOF晶种生长的策略,该策略具有以下优点:首先,COF纳米片中高密度且均匀分布的表面电荷促进了MOF在COF纳米片表面快速、均匀成核,并诱导异质外延生长;其次,高纵横比的COF纳米片有利于高纵横比的MOF晶种的合成;另外,COF纳米片均匀的纳米级孔为分子分离提供了低阻力的传质路径。

将带电COF纳米片用作MOF晶核沉积基质,COF表面带电官能团通过强静电作用吸引ZIF-8前驱体富集,从而加速异相成核以产生纵横比超过150的二维ZIF-8@COF的高质量晶种。

 

 

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通过真空辅助自组装,二维晶种在有机基底上形成紧密而均匀的晶种层。随后经过二次生长制备出厚度为~100 nm的ZIF-8膜。为目前二次生长法制备的最薄MOF膜。

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所制备的ZIF-8膜表现出优异的C3H6/C3H8分离性能, C3H6通量超过了几乎所有现有的MOF膜,且展现出良好的长期运行稳定性。通过在多孔有机基底上生长ZIF-8膜,实现了超薄柔性多晶MOF膜的制备,具有工业应用的潜力。最后,用带电COF纳米片诱导合成了ZIF-67@COF和UiO-66@COF两类晶种,并实现了超薄、无缺陷ZIF-67和UiO-66膜的制备,从而证明了该策略的普适性。

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文信息

Growing ZIF-8 Seeds on Charged COF Substrates toward Efficient Propylene-Propane Separation Membranes

Yunchuan Pu, Mingang Zhao, Xu Liang, Shaoyu Wang, Dr. Hongjian Wang, Ziting Zhu, Dr. Yanxiong Ren, Zhiming Zhang, Prof. Guangwei He, Prof. Dan Zhao, Prof. Zhongyi Jiang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302355

 

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