一般通過修改骨架構件可以調節金屬有機物（MOF）的孔結構和氣體傳輸特性。這里，孔調節的沸石咪唑酯骨架（ZIF）-8層直接生長在氧化石墨烯納米帶（GONR）處理的聚合物基質上。含氧官能團和GONR懸掛的碳鍵促進了ZIF-8 在GONR(100)晶面自發生長，而且通過金屬-碳的化學吸附將ZIF-8層牢牢地錨定在其表面，從而提高其硬度。此外，氣體滲透和分子模擬結果證實，ZIF-8的有效孔徑尺寸調節為3.6。實驗結果證明，阻止大分子烴的同時，實現了超快的H2滲透率（7.6×10-7 mol m-2 Pa s）。值得注意的是，由于氫與大分子烴之間的競爭傳輸，該膜對混合物的選擇性比理想選擇性要高得多，并且分離性能超過了目前報道的聚合物負載ZIF膜的性能。
Figure 1. a）ZIF-8/GONR/PES膜的制備示意圖。b-d）不同樣品的SEM圖像。 e）AFM圖像。f）ZIF-8/GONR/PES膜的照片圖像。g，h）俯視SEM圖像。i）橫截面SEM圖像以及相應的EDX元素映射和示意圖。j）橫截面TEM圖像。k）放大TEM圖像和對應的元素映射。
Figure 2. a）ZIF-8的模擬XRD模式和實際XRD模式。b）GONR涂層-PES上生長的ZIF-8的SEM圖像。c）示意圖說明了GONR層上生長多晶ZIF-8。
Figure 3．a）單一氣體滲透率。b）H2/CH4和c）H2/C3H8分離性能與時間的函數。d）比較理想混合氣和二元混合氣的選擇性。e）H2/CH4和f）H2/C3H8分離性能比較。g）烴-依賴的H2滲透率。h）H2-依賴的烴滲透率。i）ZIF-8/GONR/PES膜的氣體傳輸機理。
Figure 4．a）計算GONR官能團和鋅之間的吸附能的模型系統。b）鋅和（插圖）2-甲基咪唑在GONR表面上的吸附能量。c）相對能壘比較。d）示意圖說明ZIF-8/GONR膜和孔徑大小的調節。
該研究工作由韓國延世大學Dae Woo Kim帶領的團隊于2021年發表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Pore Tuning of Metal-Organic Framework Membrane Anchored on Graphene-Oxide Nanoribbon。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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