调控MOF-808连接基缺陷实现高效CO2分离的混合基质膜设计策略

本文系统探讨了通过甲酸调节剂调控MOF-808连接基缺陷密度对其孔结构与界面相容性的影响，结合无干燥制备工艺显著提升混合基质膜（MMMs）的CO2/N2分离性能。研究证实适度缺陷可增加开放金属位点并提高选择性（达76.4），过量缺陷则导致孔阻塞。乙醇洗涤引发的乙氧基取代会降低渗透性。该工作为燃烧后CO2捕获膜提供了可持续的缺陷工程策略。

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Materials

氯化氧锆（ZrOCl₂·8H₂O, 98%）购自Macklin，1,3,5-苯三甲酸（H₃BTC, 98%）购于阿拉丁，甲酸（≥98%）源自赛默飞，PEBAX® MH 1657由阿科玛提供，无水乙醇（99.8%）采购自霍尼韦尔，去离子水通过ELGA VEOLIA PURELAB® Classic超纯水系统制备。

Synthesis of MOF-808

MOF-808的合成参照既往方法[45]。典型流程中……

Characterization of MOF-808

扫描电镜（SEM）表征显示所有MOF-808样品具有200-300 nm的均匀粒径（图2a-c）。增加甲酸浓度使粒径轻微增大但形貌不变。动态光散射（DLS）分析（图2d-f）证实粒径分布于200-400 nm，与SEM结果一致。

Conclusion

调控甲酸用量（140-210 mmol）可直接控制MOF-808缺失连接基缺陷密度。过量甲酸与H₃BTC竞争锆配位位点，使MOF-808-210W缺陷更多、N₂吸附和BET比表面积更高，但残留甲酸盐含量更低。适度缺陷（如MOF-808-168W）可增强CO₂/N₂分离性能，而MOF-808-210W中过多连接基空位反而扩大孔道并引发严重孔阻塞。无干燥策略有效抑制MOF聚集，使CO₂/N₂选择性较传统干燥法提升38%。乙醇洗涤诱导的乙氧基取代会占据孔体积，降低CO₂渗透性。优化后的MOF-808/PEBAX混合基质膜实现150 Barrer的CO₂渗透性和76.4的CO₂/N₂选择性，显著优于纯聚合物膜。