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新型薄膜幾乎“無(wú)厚度”，輕松分離差異0.04納米的H2和CO2
【摘要】用相當(dāng)于蟬翼厚度千分之一的薄膜材料，將大小差異僅為0.04納米的氫氣和二氧化碳分子篩選分離，這一技術(shù)為中國(guó)科學(xué)家首先攻破。12月12日出版的《科學(xué)》雜志發(fā)表了相關(guān)論文。
【正文】
氫氣和二氧化碳的分離是氫能生產(chǎn)和二氧化碳捕獲中的關(guān)鍵步驟，利用選擇性的膜材料，實(shí)現(xiàn)二者分子水平的分離，是工業(yè)界長(zhǎng)期的夢(mèng)想。
科技日?qǐng)?bào)的記者從中科院獲悉，近期，該院大連化物所楊維慎研究員和李硯碩研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次制備出一種由1納米厚的納米片構(gòu)成的分子篩膜，其厚度僅為蟬翼厚度的千分之一（常規(guī)分子篩膜的厚度一般為蟬翼厚度的十倍以上）。它不僅極薄，而且具有高度規(guī)整的“篩眼”，可精確篩分尺寸差異僅為0.04 納米的氫氣和二氧化碳分子，從而將后者有效截留。它的滲透量和分離精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了文獻(xiàn)報(bào)道的所有氫氣/二氧化碳分離膜。
對(duì)于這項(xiàng)工作，德國(guó)著名分子篩膜和膜催化科學(xué)家卡羅教授認(rèn)為是分子篩膜領(lǐng)域的一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性工作﹔日本著名微孔膜科學(xué)家都留教授認(rèn)為是發(fā)展了新一代分子篩膜。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)是將沸石咪唑酯骨架ZIF-7納米粒子進(jìn)行水熱處理，得到具有優(yōu)異穩(wěn)定性的二維層狀骨架母體材料，結(jié)合超低功率濕法球磨與超聲分散技術(shù)，在國(guó)際上首次成功剝離獲得了單分子層厚度（約1nm）的金屬有機(jī)骨架納米片。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)熱組裝方法得到厚度小于5納米的超薄分子篩膜。研究人員將納米片分子篩膜在不同升降溫條件（室溫至200℃）和水熱條件（150℃）下做了400小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試，膜性能保持不變。
何為分子篩膜？
分子篩膜是一種可以實(shí)現(xiàn)分子篩分的新型膜材料，其具有與分子大小相當(dāng)且均勻一致的孔徑、離子交換性能、高溫?zé)岱€(wěn)定性能、優(yōu)良的擇形催化性能和易被改性以及具有多種不同的類(lèi)型與不同結(jié)構(gòu)可供選擇，是理想的膜分離和膜催化材料。
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