MOF-induced hetero-nucleation engineering enables HOF-based composite membranes for high-permeance hydrogen purification

渗透 成核 过饱和度 材料科学 复合数 选择性 化学工程 同种类的 多孔性 基质(化学分析) 氢气净化器 气体分离 聚合物 纳米技术 聚砜
作者
Caiyan Zhang,Haoyu Xu,Chunchen Liu,Baolei Huang,Lu Qiao,Jia Pang,Liting Yu,Sheng Yang,Lili Fan,Zixi Kang,Daofeng Sun
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:19 (2): 94908080-94908080 被引量:1
标识
DOI:10.26599/nr.2025.94908080
摘要

Herein, we have designed the all-nanoporous composite (ANC) membranes with metal-organic framework (MOF) fillers and hydrogen-bonded organic framework (HOF) matrix, achieving high-permeance H2 purification. The hetero-MOF facilitates the heterogeneous nucleation, offsetting the need for a highly supersaturated solution to achieve sufficient nucleation density during solution processing. Continuous MOF/HOF ANC membranes are realized by suppressing the homogeneous nucleation, equilibrating the nucleation driving force with the molecular attachment rate, and balancing the nutrient supply and demand. The optimized ns-CuBDC/HOF-30-100 ANC membrane shows synchronously improved H2 permeance and H2/CH4 selectivity by 562% and 241% compared to the pristine HOF membrane. The ns-CuBDC/HOF-30-100 ANC membrane inherits the pressure-responsive behavior from the parent HOF, exhibiting further improved H2 permeance up to 9842 GPU and slightly changed H2/CH4 selectivity of 30.01 at 2.0 bar. The MOF/HOF ANC membrane manifests that incorporating a porous hetero-phase effectively upgrades the gas separation performance, and the HOF matrix circumvents the performance constraints of the traditional polymer matrix while preserving the solution-processability.
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