近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室無機膜與催化新材料研究組研究員楊維慎、班宇杰團隊提出“MOF分子篩膜動態(tài)應(yīng)力缺陷自適應(yīng)修復(fù)”新概念，將膜預(yù)先置于風險性的水熱環(huán)境中挑戰(zhàn)其耐受極限，迫使應(yīng)力缺陷充分暴露；并在相同化學(xué)環(huán)境中同步耦合生長納米粒子，通過動態(tài)新生缺陷處的養(yǎng)分毛細富集實現(xiàn)納米粒子定位生長，形成精準的自適應(yīng)修復(fù)區(qū)域，在不損失分離性能的前提下，顯著提升膜的分離耐久性。
分子篩膜是由分子篩晶粒緊密堆砌形成的連續(xù)、致密薄層。局部和偶然的晶體扭轉(zhuǎn)與邊緣位錯將形成亞穩(wěn)態(tài)連接的晶間結(jié)構(gòu)。在分離過程中，高溫、高壓、真空等化學(xué)和機械載荷將誘發(fā)膜內(nèi)應(yīng)力缺陷，極大削弱分子篩膜的耐久性與分離可靠性。
為解決上述挑戰(zhàn)，研究團隊提出“MOF分子篩膜動態(tài)應(yīng)力缺陷自適應(yīng)修復(fù)”新概念，解決了膜內(nèi)應(yīng)力缺陷形成和納米粒子生長修復(fù)的時空同步問題，在不改變膜厚的情況下最大程度控制修復(fù)區(qū)域，且修復(fù)區(qū)域形狀可根據(jù)應(yīng)力缺陷類型（針孔、裂紋、斷口）自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)“點對點”精確修復(fù)。修復(fù)后的MOF分子篩膜可實現(xiàn)多種共沸液體化學(xué)品（如乙醇、異丙醇、吡啶、乙腈等）脫水精制，在多種分離環(huán)境中表現(xiàn)出顯著提升的耐久性，例如，對代表性共沸乙醇體系穩(wěn)定分離超 600小時，相比修復(fù)前提高 10倍。
相關(guān)工作以“Adaptive healing of stress-induced dynamic cracks in a metal-organic framework membrane using nanoparticles”為題，于近日發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上。該工作的第一作者是大連化物所副研究員王悅誠。以上工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青促會、大連化物所創(chuàng)新基金等項目支持。
