Confined‐Coordination Induced Intergrowth of Metal–Organic Frameworks into Precise Molecular Sieving Membranes

金属 化学 金属有机骨架 材料科学 纳米技术 有机化学 吸附 生物化学
作者
Guozhen Liu,Binyu Mo,Yanan Guo,Zhenyu Chu,Xiao‐Ming Ren,Kecheng Guan,Renjie Miao,Zhenggang Wang,Yaxin Zhang,Wenqi Ji,Gongping Liu,Hideto Matsuyama,Wanqin Jin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (24): e202405676-e202405676 被引量:16
标识
DOI:10.1002/anie.202405676
摘要

Metal-organic framework (MOF) membranes with rich functionality and tunable pore system are promising for precise molecular separation; however, it remains a challenge to develop defect-free high-connectivity MOF membrane with high water stability owing to uncontrollable nucleation and growth rate during fabrication process. Herein, we report on a confined-coordination induced intergrowth strategy to fabricate lattice-defect-free Zr-MOF membrane towards precise molecular separation. The confined-coordination space properties (size and shape) and environment (water or DMF) were regulated to slow down the coordination reaction rate via controlling the counter-diffusion of MOF precursors (metal cluster and ligand), thereby inter-growing MOF crystals into integrated membrane. The resulting Zr-MOF membrane with angstrom-sized lattice apertures exhibits excellent separation performance both for gas separation and water desalination process. It was achieved H2 permeance of ~1200 GPU and H2/CO2 selectivity of ~67; water permeance of ~8 L ⋅ m-2 ⋅ h-1 ⋅ bar-1 and MgCl2 rejection of ~95 %, which are one to two orders of magnitude higher than those of state-of-the-art membranes. The molecular transport mechanism related to size-sieving effect and transition energy barrier differential of molecules and ions was revealed by density functional theory calculations. Our work provides a facile approach and fundamental insights towards developing precise molecular sieving membranes.
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