Gevoerde interfaciale synthesestrategie maakt een snelle aanpassing van ultradunne 2D metaal-organische raamwerkmembranen mogelijk

Energie-efficiënte membraantechnologieën zijn essentieel voor het verminderen van energieverbruik en koolstofemissies bij industriële scheidingen.

Tweedimensionale (2D) metaal-organisch raamwerk (MOF) moleculaire zeefmembranen hebben instelbare structuren, ultradunne dikte en aanpasbare poriën, die ideaal zijn voor toepassingen in gasscheiding en deionisatie. Hun ontwikkeling is echter beperkt door tijdrovende syntheseprocessen en inefficiënte assemblagemethoden.

In een studie gepubliceerd in National Science Revieween onderzoeksteam onder leiding van prof. Yang Weishen en Prof. Peng Yuan van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) ontwikkelde een geactiveerde interfaciale synthesestrategie die de fabricage van high-performance MOF-membranen versnelt.

De strategie combineert beperkte luchtwaterinterfaciale nanosheet-synthese met een radiale stuwkracht die in situ-assemblage wordt geactiveerd, die de fabricagetijd verkort van uren of dagen tot slechts enkele minuten. Trouwens, dit proces vereist alleen microliterschaalverbruik van organische liganden, wat een kosteneffectieve en schaalbare manier is.

Met behulp van deze strategie fabriceerden onderzoekers een Zn-MOF nanosheet-membraan dat een H bereikte₂ en CO₂ Scheidingsfactor van 210 en waterstofpermeing van 6,2 x 10⁻⁷ mol/m²• S • PA, beter dan het overtreffen van zowel conventionele MOF -membranen als commerciële alternatieven.

Deze resultaten tonen de haalbaarheid aan van het on-demand ontwerp van ultrathin 2D MOF-membranen voor industriële toepassingen.

Bovendien toont deze strategie opmerkelijke veelzijdigheid. Door flexibel verschillende metaalionen en organische liganden te combineren, hebben onderzoekers 12 soorten MOF-nanosheets gesynthetiseerd met verschillende frameworkstructuren en poriën/kanaalomgevingen, die een nieuwe benadering biedt voor applicatie-georiënteerde en aanpasbare fabricage over een breed scala van scheidingsscenario’s.

“Dit werk biedt niet alleen een nieuwe strategie voor efficiënte aanpassing van MOF-nanosheets, maar breidt ook het toepassingspotentieel van de ultradunne, flexibele 2D-materialen uit met hoge dichtheid, reguliere poriënarrays in materiaalwetenschap, ontwerp van apparaatarchitectuur en scheidingstechniek,” zei Prof. Yang.