威尼斯人澳门官网 王政教授课题组在气体分离膜领域连续取得重要进展，通过非溶剂诱导相分离（NIPS）触发的原位结晶策略，成功制备了MOF/PES混合基质膜（MMMs），并表现出优异的H₂/CO₂分离性能。相关研究工作分别发表于Separation and Purification Technology和Journal of Membrane Science。

氢气作为清洁能源，其从合成气（H₂/CO₂/CO）中的高效回收具有重要工业价值。膜分离技术凭借能耗低、操作简便、环境友好等优势，在氢气纯化和碳捕集领域展现出巨大潜力。MOF基混合基质膜（MMMs）通过将MOF填料分散于聚合物基质中，兼具MOF的高选择性和聚合物的高渗透性、易加工性。然而，MOF基MMMs的制备长期面临两大挑战：一是MOF填料在聚合物基质中易团聚，导致界面缺陷和非选择性气体传输；二是传统共混方法难以实现MOF在聚合物中的均匀分散和高界面相容性。如何在低MOF负载下实现高选择性和高渗透性，同时保持膜的良好机械柔性和热稳定性，是当前膜科学领域的难题。王政教授课题组提出NIPS触发原位结晶策略，巧妙地将非溶剂诱导相分离与MOF原位结晶相结合。在PES表面及内部原位生成MOF晶粒，形成牢固的有机-无机界面结合。该策略可有效抑制MOF晶粒团聚和界面缺陷，提高膜的分离选择性，同时利用NIPS赋予的不对称孔结构，提升气体传输通量。

工作一：ZIF-8/PES复合膜

论文信息：Feng Zhongmin（23级博士研究生）, et al. "NIPS-triggered in situ crystallization of ZIF-8/PES composite membranes for H₂/CO₂separation."Separation and Purification Technology412 (2026): 139546.

DOI:10.1016/j.seppur.2026.139546

图1.非溶剂诱导相分离触发原位结晶策略制备ZIF-8/PES复合膜

该工作通过非溶剂诱导相分离触发原位结晶策略制备了ZIF-8/PES复合膜。在NIPS过程中，Zn²⁺向PES表皮层扩散并与2-甲基咪唑反应，形成致密的ZIF-8层。当结晶时间延长至48 h时，ZIF-8层厚度约为540 nm。ZIF-8孔径约3.4 Å，H₂（2.9 Å）可快速通过，而CO₂（3.3 Å）因尺寸接近孔径及与2-甲基咪唑中未配位氮位点的Lewis酸碱相互作用而被显著阻滞。因此，ZIF-8层可通过分子筛分和CO₂优先吸附的协同作用实现高效分离。气体分离测试结果证实，该膜H₂渗透率达1051.7 ± 30.60 Barrer，且H₂/CO₂选择性达72.3 ± 3.35，超越2008年Robeson上限。在120 h长期稳定性测试中，膜的气体分离性能没有降低。

工作二：HKUST-1@PES混合基质膜

论文信息：Yun Si-Jie（23级硕士研究生）, et al. "Fabrication of HKUST-1@ PES mixed-matrix membranes via non-solvent-induced phase separation-triggered in situ crystallization strategy for H₂/CO₂separation."Journal of Membrane Science759 (2026):126139.

DOI:doi.org/10.1016/j.memsci.2026.126139

图2.非溶剂诱导相分离触发原位结晶策略制备HKUST/PES混合基质膜

该工作将非溶剂诱导相分离触发原位结晶策略拓展至HKUST-1体系。HKUST-1具有~0.9 nm的三维微孔网络和Cu²⁺开放金属位点，可通过Lewis酸碱相互作用优先吸附CO₂。通过NIPS触发原位结晶，HKUST-1晶粒（约1 μm）均匀分散于PES基质中，且负载量仅为21.6 wt%时，制备的HKUST-1@PES MMM表现出高达92.0的H₂/CO₂选择性，H₂渗透通量达3307 GPU，超越2008年Robeson上限，120 h稳定性测试中渗透率和选择性基本不变。在150 °C下，该膜H₂/CO₂选择性仍保持在21.8。此外，该膜兼具刚性与柔性，以及热稳定性：杨氏模量达222 MPa，断裂伸长率为5.8%，最大热降解温度达506.8 °C。

两项工作系统验证了NIPS触发原位结晶策略在MOF基混合基质膜制备中的普适性和优越性。该策略实现了MOF在聚合物基质中的均匀分散和强界面结合，有效解决了共混膜中填料团聚和界面缺陷的难题，且无需对MOF进行预合成和表面修饰，工艺更简便，为高性能MOF基复合膜的规模化制备提供了新思路。