本研究通过将带负电的羧基化共价有机框架纳米片引入金属有机框架膜中，成功制备出一种高性能的丙烯/丙烷分离膜。研究团队采用电化学共沉积法，将COF纳米片与ZIF-8共同沉积在多孔载体上，构建出MOF-COF混合基质膜。带负电的COF纳米片能够通过静电作用富集锌离子，并通过界面配位促进ZIF-8的成核与生长，在减少晶界缺陷的同时，借助COF的纳米通道降低气体传质阻力。实验结果表明，优化后的复合膜在丙烯/丙烷分离中表现出优异的性能，选择性和渗透通量相比纯ZIF-8膜均有显著提升。该膜在长期运行中保持稳定，且在较高压力下仍具有可恢复的分离性能。通过系列表征，研究揭示了COF纳米片与ZIF-8之间的多重界面相互作用，包括配位键、氢键以及静电作用，这些协同效应增强了膜的结构稳定性和分子筛分能力。此外，该策略还可拓展至多种不同羧基官能团的阴离子COF，证明了方法的普适性。本研究为设计高性能气体分离膜提供了新思路，通过将MOF的精确筛分能力与COF的低阻力传质通道相结合，有望推动能源密集型烯烃/烷烃分离过程的节能降耗。
文献要点
1.创新制备方法: 研究采用电化学共沉积法，首次将阴离子COF纳米片引入ZIF-8膜中，成功构建了MOF-COF混合基质膜，方法简便且可扩展至多种羧基化COF。
2.双重功能调控:带负电的羧基化COF纳米片作为模板富集锌离子，通过静电作用和界面配位促进ZIF-8成核生长，同时COF纳米通道降低传质阻力，减少晶界缺陷。
3.优异分离性能:优化后的复合膜在丙烯/丙烷分离中表现出高选择性和高通量，性能较纯ZIF-8膜显著提升，且在长期运行和较高压力下保持稳定。
4.多重界面协同:COF与ZIF-8之间形成Zn-O配位键、氢键和静电相互作用，多重界面协同增强了膜的结构稳定性，有效抑制压力诱导的缺陷形成。
5.普适性设计策略:该制备方法适用于多种不同羧基官能团的阴离子COF，为设计高性能MOF-COF复合膜用于能源密集型气体分离提供了通用平台。
图文详情
图1. 本工作示意图。通过在MOF前驱体溶液中引入羧基化COF纳米片制备MOF-COF混合基质膜。
图2. TpBDCA的表征。(a) TpBDCA纳米片的AFM图像及丁达尔效应照片；(b) TpBDCA纳米片的HRTEM图像及FFT图；(c) TpBDCA粉末的实验与模拟XRD谱图；(d) TpBDCA前驱体及TpBDCA纳米片的FTIR光谱；(e) TpBDCA+ZIF-8体系的Zeta电位；(f) QCM测得的TpBDCA对Zn²⁺的吸附曲线（红色）和对2-甲基咪唑的吸附曲线（蓝色）。
图3. MOF-COF混合基质膜的表征。(a) ZIF-8膜的顶视图（上）和截面图（下）SEM图像；(b) TpBDCA-ZIF8-3膜的顶视图（上）和截面图（下）SEM图像（比例尺为1 μm）；(c) ZIF-8膜及TpBDCA-ZIF8膜的XRD谱图；(d) ZIF-8膜及TpBDCA-ZIF8膜的FTIR光谱；(e) ZIF-8膜、TpBDCA纳米片及TpBDCA-ZIF8膜的C 1s高分辨XPS分峰拟合谱图；(f) TpBDCA-ZIF8-3膜的N 1s高分辨XPS分峰拟合谱图。
图4. TpBDCA-ZIF8的气体分离性能。(a)不同纳米片负载量的TpBDCA-ZIF8膜的丙烯/丙烷气体分离性能；(b) TpBDCA-ZIF8-2膜的长期丙烯/丙烷分离稳定性（等摩尔丙烯/丙烷混合气，25°C，进料压力1.1 bar）；(c)不同进料压力下TpBDCA-ZIF8膜的丙烯/丙烷分离性能；(d) TpBDCA-ZIF8-2膜与文献报道的高性能膜丙烯/丙烷分离性能对比。
图5. MOF-COF混合基质膜的顶面和截面SEM图像。(a, d) TpPAC-ZIF8；(b, e) TpPAD-ZIF8；(c, f) TpBDSA-ZIF8（比例尺为1 μm）。不同纳米片负载量的MOF-COF混合基质膜的丙烯/丙烷气体分离性能（等摩尔丙烯/丙烷混合气，25°C，进料压力1.1 bar）；(g) TpPAC-ZIF8；(h) TpPAD-ZIF8；(i) TpBDSA-ZIF8。
文献详情
Title: Incorporating Anionic COF Nanosheets into MOF Membranes for High Selectivity in Propylene/Propane Separation
Authors: Wen Wang, Mingang Zhao , Quan Zhao, Yong-Jun Tian , Ziheng Song, Md Badiuzzaman Wadud, Qianfeng Pan, Jianyu Wang, Hanze Ma, Sheng Yuan, Shilin Guo, Yanxiong Ren, Xuerui Wang, Guangwei He*, Zhongyi Jiang
To be cited as :J. Membr. Sci.2026, 125386.
DOI：10.1016/j.memsci.2026.125386
（来源：网络版权属原作者 谨致谢意）
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