具有压力响应H2/N2分离性能和溶剂蒸汽修复能力的氢键有机框架膜 

X-MOL2月14日讯：膜材料作为膜分离技术的核心，一直是研究者们研究的重点之一。其中溶解-浇筑法制备的高分子膜易规模化生产，而有序微孔多晶膜具有高效的分离性能。那么能否实现用高分子的制膜方法来制备有序微孔多晶膜？近日，中国石油大学（华东）的孙道峰教授（点击查看介绍）团队将氢键有机框架（HOF）溶解在DMSO中，然后通过溶解-浇筑的方法制备了首例对压力具有相应性的HOF膜。

相比于其他分离技术而言，膜分离技术具有低能耗、装置简单、环境友好等优势。高分子的低成本以及可加工性，已成为目前膜分离领域应用最广泛的材料。然而，高分子膜渗透性与选择性之间的Trade-off效应始终是制约其分离性能的关键因素。有序多孔材料（Zeolite、MOF、COF等）已被应用在膜分离领域，制备的多孔膜可有效分离气体，与此同时这些膜材料也展现出优异性能。然而，这一类多晶膜往往是通过水热（或溶剂热）合成的，对比高分子的溶液加工法，扩大化制备问题制约了此类膜的实际应用。因此，如何将有序微孔材料简单地制备成连续的膜是亟待突破的关键之一。

中国石油大学（华东）孙道峰团队开发了可以弥补这一问题的HOF膜。众所周知，HOF是一类有机分子通过非共价键（氢键、π-π堆积、静电相互作用等）连接而成的新型多孔晶态材料。HOF材料拥有丰富的氢键网络，氢键的可逆性使得HOF可以溶解在有机溶剂当中，从而可以像高分子那样通过简单的溶液浇铸蒸发溶剂的方式制备成多晶膜。他们通过将HOF晶体溶解在DMSO中获得高浓度HOF溶液，然后将所得溶液滴在Al2O3载体基地表面，经过2 h的80 ℃烘干溶剂后即可得到HOF多晶膜UPC-HOF-6-120。值得注意的是UPC-HOF-6-120的气体渗透性能对压力具有一定的响应性，在1-2 bar的压力下，HOF膜的H2和N2渗透率随着压力增大而逐渐上升。H2的渗透率提升幅度远远大于N2，在2.0 bar的压力下的H2/N2理想选择性达到了19.5。这主要是由于HOF框架的柔性结构对压力做出了形变响应，可利用原位XRD精修拟合和理论计算证实。

另一方面，氢键的可逆性赋予了HOF膜材料优异的修复能力，受损的膜材料被放入溶剂的蒸汽中处理15分钟后，即可被修复，且修复后的膜材料的气体分离效果也能恢复到和受损前的一样。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是中国石油大学（华东）硕士研究生冯收和商艳雪。