在尊龙凯时（No. 20725313，21061130534，21176231，21276249, 21006101）等的资助下，中国科学院大连化学物理研究所杨维慎研究员团队近日在纳米片分子筛膜相关研究方面获重大进展。有关成果发表在12月12日出版的Science (346, 1356-1359)杂志上。

　　分离是过程工业的重要单元操作，占总能耗的40%~60%。气体膜分离具有操作能耗低、分离效率高等显著优点，在过程工业强化中发挥着重要作用。迄今为止，有机膜的气体分离性能均位于罗宾逊上限（Robeson’s upper bound）之下。分子筛膜由具有亚纳米级规整孔道的多孔材料构成，可以实现基于分子尺寸与形状的精确筛分，有望突破罗宾逊上限。分子筛纳米片是最为理想的分子筛膜构筑基元。如何获得大面积且高结晶度的分子筛纳米片，以及如何有效控制纳米片在分离膜中的组装形态，是纳米片分子筛膜概念得以实现的关键。二维层状分子筛材料的开层剥离是分子筛纳米片的主要来源。由于沸石分子筛层状材料在合成可控性和开层便易性方面的局限，相关研究一直未取得突破。近年来，二维层状金属有机骨架（MOFs）的发展为分子筛纳米片的制备提供了丰富的材料库。关键挑战是如何高效地将之开层至纳米厚度的同时保持其结晶态的孔道结构和完整的片状形貌。

　　中国科学院大连化学物理研究所杨维慎研究团队将一种基于广泛研究的沸石咪唑酯骨架（Zeolitic Imidazolate Framework，ZIFs），ZIF-7 纳米粒子，(Zn(bim)₂, bim=benzimidazolate)进行水热处理，得到具有优异稳定性的二维层状骨架母体材料（Zn₂(bim)₄），以甲醇与正丙醇为分散剂，结合超低功率湿法球磨与超声分散技术，在国际上首次成功开层获得了单分子层厚度的MOFs纳米片。在此基础上，通过热组装方法得到厚度<5nm的超薄分子筛膜。针对50:50的H₂/CO₂原料气，该纳米片分子筛膜的H₂/CO₂分离系数达到200以上，H₂透量达到2000 GPUs（Gas Permeation units, 1CPU=1 × 10^-6 cm³/cm²·sec·cmHg，STP）以上，远高于迄今报道的有机和无机膜的H₂/CO₂分离性能。Zn₂(bim)₄纳米片分子筛膜在不同升降温条件（室温至200 ^oC）和水热条件（150 ^oC，4 mol%水蒸气）下进行了长达400小时的稳定性测试，膜性能保持不变。此项研究进展有望在整合煤气化联合循环（IGCC）系统中的水煤气转化膜反应器中获得工业应用，实现CO₂的燃烧前捕获。