Nuldimensionelle molekylsigtemembraner for at øge gasseparationsselektiviteten

Klassiske molekylsigtemembraner, med 3-D mikropartikler og 2-D nanoark som primære byggesten, er lovende inden for kemisk adskillelse.

Adskillelse inden for sådanne membraner afhænger af molekylær bevægelse og transport gennem deres iboende eller kunstige nanoporer. Da de svage forbindelser af natur mellem de tilstødende "mursten" normalt resulterer i interkrystallinske huller i membraner, den fremherskende selektivitet for klassiske molekylsigtemembraner er moderat.

For nylig, en forskergruppe ledet af Prof. Yang Weishen og Dr. Ban Yujie fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) foreslog nuldimensionelle molekylsigtemembraner, der kunne forbedre separationsselektiviteten af ​​brint (H) ₂ ) og kuldioxid (CO ₂ ).

Undersøgelsen blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition den 16. juli.

"Nuldimensionelle molekyler, som primære byggesten i den foreslåede membran, har potentialet til absolut at eliminere interkrystallinske huller i membraner, " sagde Dr. Ban.

Forskerne fremstillede den nul-dimensionelle molekylsigte-membran ved at samle nul-dimensionelle 2-methylimidazol (mim)-molekyler til hidtil usete supramolekylære array-membraner (SAM'er) gennem opløsningsmiddelfri dampbehandling på en metalorganisk ramme.

I SAM'er, de "nuldimensionelle byggesten" sammen med supramolekyle-interaktioner resulterede i fraværet af de interkrystallinske huller, som garanterede en effektiv masseoverførsel gennem intermolekylære mellemrum i stedet for en uønsket lækage gennem ikke-selektive mellemrum.

I modsætning til den klassiske transport gennem nanoporer af membraner, selektiv transport gennem den intermolekylære afstand af mim (~0,30 nm) blev realiseret inden for SAM'er, giver en ekstrem præcis sigtning af H ₂ fra CO ₂ . H ₂ /CO ₂ selektiviteten var en størrelsesorden højere end selektiviteten for de avancerede klassiske membraner.

"Vores undersøgelse åbner døren for at skabe en række SAM'er for at skelne mellem de subtile størrelses-/formforskelle på et par gasmolekyler, " sagde prof. Yang. "I fremtiden, vi vil skræddersy den intermolekylære afstand, kontrollere monteringsprocessen, og muliggør en bred vifte af anvendelse af SAM'er til energieffektive kemiske separationsprocesser."