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新型薄膜幾乎“無厚度”，輕松分離差異0.04納米的H2和CO2

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【摘要】用相當于蟬翼厚度千分之一的薄膜材料，將大小差異僅為0.04納米的氫氣和二氧化碳分子篩選分離，這一技術為中國科學家首先攻破。12月12日出版的《科學》雜志發表了相關論文。

【正文】

氫氣和二氧化碳的分離是氫能生產和二氧化碳捕獲中的關鍵步驟，利用選擇性的膜材料，實現二者分子水平的分離，是工業界長期的夢想。

科技日報的記者從中科院獲悉，近期，該院大連化物所楊維慎研究員和李硯碩研究員帶領的團隊，在國際上首次制備出一種由1納米厚的納米片構成的分子篩膜，其厚度僅為蟬翼厚度的千分之一（常規分子篩膜的厚度一般為蟬翼厚度的十倍以上）。它不僅極薄，而且具有高度規整的“篩眼”，可精確篩分尺寸差異僅為0.04 納米的氫氣和二氧化碳分子，從而將后者有效截留。它的滲透量和分離精度遠遠超過了文獻報道的所有氫氣/二氧化碳分離膜。

對于這項工作，德國著名分子篩膜和膜催化科學家卡羅教授認為是分子篩膜領域的一個開創性工作﹔日本著名微孔膜科學家都留教授認為是發展了新一代分子篩膜。

據介紹，研究團隊是將沸石咪唑酯骨架ZIF-7納米粒子進行水熱處理，得到具有優異穩定性的二維層狀骨架母體材料，結合超低功率濕法球磨與超聲分散技術，在國際上首次成功剝離獲得了單分子層厚度（約1nm）的金屬有機骨架納米片。在此基礎上，通過熱組裝方法得到厚度小于5納米的超薄分子篩膜。研究人員將納米片分子篩膜在不同升降溫條件（室溫至200℃）和水熱條件（150℃）下做了400小時的穩定性測試，膜性能保持不變。

何為分子篩膜？

分子篩膜是一種可以實現分子篩分的新型膜材料，其具有與分子大小相當且均勻一致的孔徑、離子交換性能、高溫熱穩定性能、優良的擇形催化性能和易被改性以及具有多種不同的類型與不同結構可供選擇，是理想的膜分離和膜催化材料。

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