Binary‐Cooperative Ultrathin Porous Membrane for Gas Separation

材料科学 沸石咪唑盐骨架 气体分离 多孔性 纳米颗粒 渗透 极限抗拉强度 化学工程 咪唑酯 纳米技术 吸附 金属有机骨架 复合材料 有机化学 遗传学 工程类 生物 渗透 化学
作者
Bo Wang,Wen‐tai Zhao,Xu Xiao,Chen Zhang,Shuai‐ying Ding,Yue Zhang,Tie Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (36): e2309572-e2309572 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adma.202309572
摘要

Abstract The construction of ultrathin porous membranes with stable structures is critical for achieving efficient gas separation. Inspired by the binary‐cooperative structural features of bones and teeth—composed of rigid hydroxyapatite and flexible collagen, which confer excellent mechanical strength—a binary‐cooperative porous membrane constructed with gel‐state zeolitic imidazolate frameworks (g‐ZIFs), synthesized using a metal‐gel‐induced strategy, is proposed. The enlarged cavity size and flexible frameworks of the g‐ZIF nanoparticles significantly improve gas adsorption and diffusion, respectively. After thermal treatment, the coordination structures forming rigid segments in the g‐ZIF membranes appear at the stacked g‐ZIF boundaries, exhibiting a higher Young's modulus than the g‐ZIF nanoparticles, denoted as the flexible segments. The g‐ZIF membranes demonstrate excellent tensile and compression resistances, attributed to the effective translation of binary‐cooperative effects of rigidity and flexibility into the membranes. The resulting dual‐aperture structure, composed of g‐ZIF nanoparticles surrounded by nanoscale apertures at the boundaries, yields a membrane with a stable CO 2 permeance of 4834 GPU and CO 2 /CH 4 selectivity of 90 within 3.0 MPa.
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