姜忠义&赵丹&何光伟Angew.：COF上生长ZIF-8获得高效的丙烯-丙烷分离膜！

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研究内容

金属有机框架（MOFs）由于高度结晶/可调的结构和用于分子分化的适当孔径而被认为是用于气体分离的破坏性膜材料。对于实际应用，开发超薄MOF膜以实现高通量和高选择性是非常有吸引力的。然而，在避免缺陷形成的同时制造超薄多晶MOF膜仍然是一个巨大的挑战，尤其是当膜厚度低于200 nm时。
天津大学-新加坡国立大学福州联合学院姜忠义教授、新加坡国立大学赵丹教授和天津大学何光伟研究员报道了一种共价有机框架（COF）诱导接种策略，制备了金属有机框架（MOF）膜。主要设计了一系列带电的COF纳米片，诱导具有超过150的高纵横比的ZIF-8@COF纳米片种子，其易于加工成紧凑且均匀的种子层。所得厚度低至100 nm的ZIF-8膜表现出超高的C3H6/C3H8分离性能和优异的长期稳定性。相关工作以“Growing ZIF-8 Seeds on Charged COF Substrates toward Efficient Propylene-Propane Separation Membranes”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 与石墨烯氧化物核沉积基底相反，COF基底具有均匀的孔径、高微孔性和丰富的官能团。因此，设计了一系列带电的COF纳米片诱导MOF@COF纳米片种子，由于对MOF前体的强长程静电相互作用，表面电荷显著加速了MOF在COF表面的成核和异质外延生长。
要点2. 作者合成了具有超过150的高纵横比的ZIF-8@COF纳米片种子，可以容易地涂覆在多孔聚合物基底上以获得紧凑且均匀的40 nm厚的种子层。随后在温和条件下的二次生长容易地闭合片间间隙，并获得厚度低至100 nm的ZIF-8膜。
要点3. ZIF-8膜表现出约600GPU的C3H6渗透性、超过90的C3H6/C3H8选择性和优异的长期操作稳定性，优于大多数报道的MOF膜。
该共价有机框架诱导接种（COFIS）策略已成功扩展到其他MOF@COF纳米片种子，包括ZIF-67和UiO-66以及相应的MOF膜的制造。

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研究图文

图1. 制备ZIF-8@COF纳米片种子。图2. COF纳米片和ZIF-8@COF纳米片种子的表征。图3. C-ZIF膜的生长过程、形态和结晶度。图4. 气体分离性能。图5. 多晶ZIF-67和UiO-66膜的带电COF纳米片接种策略的扩展。

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文献详情

Growing ZIF-8 Seeds on Charged COF Substrates toward Efficient Propylene-Propane Separation Membranes
Yunchuan Pu, Mingang Zhao, Xu Liang, Shaoyu Wang, Hongjian Wang, Ziting Zhu, Yanxiong Ren, Zhiming Zhang, Guangwei He,* Dan Zhao,* Zhongyi Jiang*Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202302355