中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所楊維慎研究員及其團隊在二維金屬有機骨架（2D MOF）分離膜的前沿研究領(lǐng)域取得了突破性進展。該成果為高性能分離膜材料的設(shè)計與制備提供了新的思路，有望在能源、環(huán)境和化工分離等關(guān)鍵領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，彰顯了我國在材料科學(xué)基礎(chǔ)研究方面的創(chuàng)新實力。

金屬有機骨架材料因其高度有序的孔道結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和可調(diào)變的化學(xué)性質(zhì)，在氣體分離、液體滲透、催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。其中，二維MOF材料因其原子級厚度和面內(nèi)規(guī)整納米孔道的獨特優(yōu)勢，被視為構(gòu)筑下一代高性能分離膜的理想基元。如何實現(xiàn)大面積、無缺陷且具有優(yōu)異取向的二維MOF薄膜的可控制備，并精確調(diào)控其孔道微環(huán)境以實現(xiàn)高精度、高通量的分子篩分，一直是該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。

楊維慎研究員團隊長期致力于膜分離科學(xué)與技術(shù)研究，此次他們針對上述挑戰(zhàn)，創(chuàng)新性地發(fā)展了一種全新的界面組裝與后合成修飾策略。研究團隊首先通過精準(zhǔn)的液相界面自組裝技術(shù)，成功制備出大面積、連續(xù)且高度取向的二維MOF薄膜。該薄膜具有極佳的機械完整性和化學(xué)穩(wěn)定性，為后續(xù)功能化奠定了堅實基礎(chǔ)。更為關(guān)鍵的是，團隊深入理解了二維MOF層間傳質(zhì)通道與面內(nèi)固有孔道的協(xié)同篩分機制，并在此基礎(chǔ)上，通過巧妙的分子工程手段，對MOF孔道的尺寸和化學(xué)性質(zhì)進行了“精雕細(xì)琢”式的修飾。

這種精密的調(diào)控使得制備出的二維MOF分離膜在保持高滲透通量的其對特定分子的選擇性得到了數(shù)量級的提升。例如，在氫氣分離、二氧化碳捕獲、有機溶劑納濾等模型分離體系中，該膜表現(xiàn)出了超越現(xiàn)有同類材料的分離性能，部分指標(biāo)甚至接近理論極限。這一進展不僅驗證了通過結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控實現(xiàn)“擇形”與“擇性”分離的可行性，也為面向?qū)嶋H應(yīng)用的高效膜過程設(shè)計提供了關(guān)鍵的材料平臺。

該研究成果已發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域的國際頂級學(xué)術(shù)期刊上，并得到了同行專家的高度評價。專家認(rèn)為，這項工作從基礎(chǔ)科學(xué)原理到材料制備技術(shù)均體現(xiàn)了高度的原創(chuàng)性，是二維MOF膜領(lǐng)域的一項里程碑式進展。它成功地將納米材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為宏觀器件的卓越性能，推動了分離膜材料從“經(jīng)驗探索”向“理性設(shè)計”的跨越。

楊維慎研究員表示，團隊將繼續(xù)深化對二維MOF膜傳質(zhì)機理的理解，探索其在水處理、生物醫(yī)藥分離等更廣闊場景中的應(yīng)用，并致力于推動該高性能材料從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，為解決國家在能源、資源與環(huán)境領(lǐng)域的重大需求提供堅實的科技支撐。這一系列研究將持續(xù)鞏固我國在國際分離膜科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。