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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

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【摘要】用相當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)現二者分子水平的分離，是工業(yè)界長(cháng)期的夢(mèng)想。

科技日報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)的團隊，在國際上首次制備出一種由1納米厚的納米片構成的分子篩膜，其厚度僅為蟬翼厚度的千分之一（常規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遠超過(guò)了文獻報道的所有氫氣/二氧化碳分離膜。

對于這項工作，德國著(zhù)名分子篩膜和膜催化科學(xué)家卡羅教授認為是分子篩膜領(lǐng)域的一個(gè)開(kāi)創(chuàng )性工作﹔日本著(zhù)名微孔膜科學(xué)家都留教授認為是發(fā)展了新一代分子篩膜。

據介紹，研究團隊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)異穩定性的二維層狀骨架母體材料，結合超低功率濕法球磨與超聲分散技術(shù)，在國際上首次成功剝離獲得了單分子層厚度（約1nm）的金屬有機骨架納米片。在此基礎上，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)的穩定性測試，膜性能保持不變。

何為分子篩膜？

分子篩膜是一種可以實(shí)現分子篩分的新型膜材料，其具有與分子大小相當且均勻一致的孔徑、離子交換性能、高溫熱穩定性能、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)型與不同結構可供選擇，是理想的膜分離和膜催化材料。

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