图 “固态溶剂法”制备超薄高掺杂混合基质膜及结构形貌
在国家自然科学基金项目（批准号：22038006、21921006、21490580）等资助下，南京工业大学金万勤团队在高性能分离膜方面取得新进展。研究成果以“固态溶剂法制备超薄、高掺杂量混合基质膜用于气体分离（Solid-solvent processing of ultrathin, highly loaded mixed-matrix membrane for gas separation）”为题，于2023年9月22日发表在《科学》（Science）上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1545。
相比传统分离技术，膜分离具有能耗低和环境友好等优势。将高性能无机填料掺杂在聚合物中制备混合基质膜，有望突破膜渗透性和选择性的制约关系，成为近年来国际研究前沿。然而，混合基质膜面临填料团聚和界面缺陷的问题，如何制备超薄超高掺杂的无缺陷混合基质膜仍极具挑战。
研究团队提出“固态溶剂法”制备混合基质膜。区别于“合成填料—分散填料—填料与聚合物混合”制备混合基质膜的传统工艺，该方法仅需在聚合物中溶解高含量的前驱体，通过原位转化即可实现高含量填料的均匀超薄化掺杂，制备的混合基质膜厚度仅为50 nm，填料掺杂量高达80%以上。该团队构造了以填料为主体相的新型混合基质膜结构，填料之间形成的贯穿孔道可为分子提供超快传输通道，体现了类无机膜（纯填充相）的优异分离性能，氢气/二氧化碳分离性能比现有的聚合物膜和混合基质膜高1~2个数量级，在碳捕集等过程中具有应用潜力。