JACS：聚合物编织金属有机框架玻璃膜

在应对全球气候变暖和能源转型的挑战中，高效碳捕集技术成为了科技界和产业界的关注焦点。

传统碳捕集方法往往面临能耗高、效率低等问题，而新型材料的研发则为这一领域带来了革命性的突破。

今天，我们要介绍的是一项由国际科研团队共同完成的创新成果——聚合物编织金属有机框架玻璃膜（pw-MOF），该成果发表于《美国化学会杂志》，为碳捕集技术开辟了新的路径。

自然灵感的启迪：蜘蛛丝的启示

研究团队的灵感源自自然界中蜘蛛丝的独特结构。蜘蛛丝以其卓越的强度和韧性闻名，这得益于其内部刚性β-晶态域与柔性无定形链在纳米尺度上的巧妙编织。受此启发，科研人员设想将类似的结构引入到金属有机框架（MOF）玻璃膜中，以期解决传统MOF膜在压力耐受性和孔隙连通性方面的不足。

创新材料：聚合物编织MOF玻璃膜

通过精密的分子编织技术，研究团队成功合成了pw-MOF玻璃膜家族。

在这一过程中，聚合物链与MOF晶体通过控制纠缠的方式结合，形成了具有周期性有序孔隙结构的复合材料。这种独特的编织结构不仅增强了膜的机械强度，还显著提高了其抗压力变形能力。

关键优势：

卓越的压力耐受性：与传统MOF膜在1atm下易失效不同，pw-MOF玻璃膜展现了前所未有的7.5atm压力耐受性，为高压条件下的碳捕集提供了可能。

优异的分离性能：在CO₂/N₂和CO₂/CH₄系统中，pw-MOF玻璃膜的CO₂渗透性和选择性均达到了创纪录的水平，超越了2019年的上限标准。

长效稳定性：经过500小时的连续测试，膜性能保持稳定，证明了其在实际应用中的可靠性和耐久性。

技术突破：纳米相界面分离与极性吸附

在熔融过程中，编织的聚合物链有效防止了MOF晶格的变形，同时促进了纳米相界面分离（Nano-IS）的演化。这一过程不仅优化了质量传递效率，还增强了热力学极性吸附效应。膜内形成的连续亚纳米级气体传输通道和高密度极性域，为CO₂等极性气体提供了优先吸附和传输的路径，从而实现了高效的气体分离。

应用前景与展望

pw-MOF玻璃膜的出色性能使其在能源效率碳捕集领域具有广阔的应用前景。

无论是烟道气脱碳还是天然气增值，该技术都有望成为减少温室气体排放、促进可持续发展的关键手段。

此外，其独特的压力耐受性和长效稳定性也使其适用于小型工业污染源或紧凑型废气处理装置，为碳捕集技术的普及和应用提供了新的可能性。

结语

聚合物编织金属有机框架玻璃膜的研发成功，不仅标志着材料科学领域的一项重大突破，也为全球碳捕集技术的发展注入了新的活力。

随着研究的深入和技术的不断完善，我们有理由相信，这一创新材料将在未来的能源转型和环境保护中发挥重要作用。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c17503

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