Solution-Processable polyMOF Nanosheets for Fabricating CO2 Separation Membranes

材料科学 微型多孔材料 纳米片 渗透 聚合物 层状结构 堆积 纳米技术 渗透 选择性 化学工程 气体分离 色散(光学) 表面改性 多孔性 合成膜 多孔介质 纳米孔 共轭微孔聚合物
作者
Yunchuan Pu,Guangwei He,Qian He,He Li,Yidan Duan,Dan Zhao,Zhongyi Jiang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (36): 25192-25202
标识
DOI:10.1021/acsnano.6c14538
摘要

Abstract The inferior solution processability of metal–organic frameworks (MOFs) significantly hinders their deployment in membrane-based separations. However, existing modification strategies often involve laborious procedures or lead to unfavorable pore blockage. In this study, we developed a one-step synthesis of solution-processable two-dimensional (2D) polymer-MOF (polyMOF) nanosheets using microporous polymer ligands. Carboxylated polymer of intrinsic microporosity-1 (cPIM-1) ligands enhance the dispersion of the resulting polyMOF nanosheets in various solvents, thereby improving membrane processability. More importantly, the incorporation of microporous ligands well preserves the porosity, overcoming the pore-blocking limitations associated with conventional nonporous polymer modification. The synthesized polyMOF nanosheets exhibit a thickness of approximately 4 nm and lateral dimensions exceeding 10 μm. The cPIM-1 component enhances MOF-CO2 affinity and regulates nanosheet stacking orientation, enabling the formation of efficient CO2 transport channels. These polyMOF nanosheets can be readily assembled into ultrathin lamellar membranes, achieving CO2 permeance exceeding 400 gas permeation units (GPU) and a CO2/CH4 selectivity of 25. Furthermore, owing to their increased organic character, the polyMOF nanosheets can be effectively incorporated into mixed-matrix membranes (MMMs), resulting in improved interfacial compatibility.
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