具有超高滲透性和實用選擇性的膜可以大大降低復(fù)雜的工業(yè)氣體分離（如CH₄/N₂分離）的成本。自支撐多孔膜形式的MOF玻璃已被報道用于常規(guī)氣體分離。它們保留了結(jié)晶MOFs的超微孔，但它們的長程無序與不連續(xù)的孔和低氣體滲透率有關(guān)，從而限制了它們在困難的氣體分離中的適用性。另外，目前的泡沫顯示出由孔誘導(dǎo)劑產(chǎn)生的連續(xù)中孔或大孔，但這些大孔徑比氣體分子大得多，因此不適合分離。

近日，天津工業(yè)大學(xué)仲崇立/喬志華教授團(tuán)隊與天津大學(xué)、劍橋大學(xué)等單位合作在《自然·材料》（Nature Materials, IF: 47.656）發(fā)表的題為“ZIF-62 glass foam self-supported membranes to address CH₄/N_2?separations”的學(xué)術(shù)論文中報道了一種自支撐MOF玻璃泡沫膜，在具有發(fā)達(dá)孔道的同時，保留了材料的超微孔特性，可兼具高分離選擇性和超高氣體通量，同時擁有泡沫和玻璃的優(yōu)點并具有良好的機(jī)械性能?，展現(xiàn)出廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。

該玻璃泡沫膜通過“聚合物熱分解輔助的MOF熔融”策略合成。通過調(diào)控聚合物的分子量等參數(shù)，使ZIF-62熔融先于聚合物分解發(fā)生。隨后，聚合物熱分解產(chǎn)生的氣體分子脫附，產(chǎn)生大量的泡沫結(jié)構(gòu)，最終形成孔道結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)且富含金屬空位的自支撐ZIF-62玻璃泡沫膜。

文中，作者使用BSD-VVS型重量法氣體蒸氣吸附儀表征了a_gfZIF-62和a_gZIF-62在溫度273K、5?torr壓力條件下的吸附動力學(xué)性能，使用BSD-PH型高壓氣體吸附儀表征了a_gfZIF-62和a_gZIF-62在0-30bar，273 K條件下高壓二氧化碳?xì)怏w吸附解吸等溫線，結(jié)果表明a_gfZIF-62的CO₂吸附速率比a_gZIF-62快得多，并且其吸附能力也更高，這意味著氣體在a_gfZIF-62中的擴(kuò)散比在a_gZIF-6中快得多。這表明a_gfZIF-62的孔連續(xù)性比a_gZIF-62好得多，并且a_gfZIF-62的孔隙率比agZIF-62高。

在273 K、5 torr的壓力下，a_gfZIF-62、a_gZIF-62對二氧化碳的時間-吸附量吸附動力學(xué)曲線。

文中采用厚度為200~330μm、面積為8.55 cm²的自支撐圓形a_gfZIF-62用于膜分離。該膜表現(xiàn)良好的CH₄/N₂選擇性，且滲透率為30000–50000?氣體滲透率單位，比其他報道的膜高大約兩個數(shù)量級。

a，不同厚度的a_gfZIF-62膜的純氣體透性和選擇性；b，a_gfZIF-62膜與其他報道的具有高性能值的膜的氣體分離性能的比較