近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在膜法碳捕集方面取得了新进展，以“Metal-organic cages improving microporosity in polymeric membrane for superior CO2 capture”为题，探讨了金属有机笼调控自聚微孔聚合物膜孔径方法，发表于Science Advances。

日益增长的二氧化碳排放量加剧了温室效应。《巴黎协议》宣告了在2050年实现二氧化碳净排放量为零，限制全球平均上升温度小于2℃。相较于传统的蒸馏法、吸收法、吸附法等技术分离二氧化碳，膜分离技术具有能耗低、环境友好、占地面积小等特点。然而，传统的商业聚合物膜的气体渗透性和选择性之间存在竞争关系。因此，高效碳捕集膜的开发仍然是当下迫切需要解决的科学问题。

本工作通过引入改性金属有机笼增加PIM-1膜的具有高筛分性的孔隙及增加PIM-1链堆积的稳定性。从分子顶层设计，先制备了携带不同形状和长度烃链的对苯二甲酸，然后合成了一系列新型金属有机笼 （MOC-R），成功的将其孔径精确调控在 CO2 和 N2 (或 CH4) 动力学直径之间。通过引入烃链，增加了MOC-R在有机溶剂中的溶解性，从而MOC分子级分散在自具微孔聚合物（PIM-1）中。同步辐射吸收谱和IGB计算结果表明MOC-Ph与PIM-1链之间存在π-π相互左右，增加了PIM-1链堆积的稳定性。

当MOC-Ph掺杂量为5 wt%时，PIM-Ph-5%的CO2渗透通量和CO2/N2选择性分别达到了8803.4 Barrer和59.9，远远超过了2019气体分离上限。MOC-Ph主要提高了PIM-1的CO2扩散系数和CO2/N2的扩散选择性，所以MOC-Ph可以同时提高PIM-1的CO2渗透性和选择性。PIM-Ph-5%膜的耐高温、抗老化和抗塑化性能也得到了较大程度的提升。这项工作表明，高溶解性多孔分子可以优化聚合物膜的微孔结构，为高效碳捕集膜的设计合成开拓了思路。

图金属有机笼调控的PIM-Ph膜用于“膜法”捕碳

该研究得到了国家重点研发计划、国家青年人才计划、国家自然科学基金、双一流中央高校科研基金等项目的支持。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads0583