气体分离膜在能源领域有着广泛的应用前景。自有机金属框架材料（MOF）问世以来，就被广泛应用于气体分离膜的制备之中，相关论文也成为顶级材料学期刊的常客。一般来说，这类工作往往集中在制备方法与高性能MOF材料的设计之上。最近，来自沙特阿卜杜拉国王科技大学的Klaus-Viktor Peinemann教授课题组则从支撑MOF分离层的基膜入手，在Angew. Chem. Int. Ed.上发表了一篇相关论文。
传统的MOF基气体分离膜通常在无机基底上制备，这主要是由于无机基底往往能够吸附金属离子，并与之具有较好的界面相容性。基于更为廉价的聚合物基底的MOF复合气体分离膜则是这一领域一个重要研究方向。事实上，一些聚合物材料通过表面修饰和处理实现了这一目标。而这一过程中最为重要的两个因素是：1、聚合物基底需能捕获金属离子，保证MOF层与基底的结合强度；2、MOF的生长过程需要被控制，以保证均匀致密且较薄的分离层能够形成。
聚氨基硫脲（PTSC）分子结构。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
在这项工作中，他们选择了一种新型的聚合物作为基底——聚氨基硫脲（PTSC），其中的氨基硫脲结构能够与许多金属离子稳定配位。首先，研究者们先在溶液中反应合成了PTSC，再将其刮涂在无纺布聚酯基底上，通过浸没沉淀相转化法制备了PTSC复合膜，然后将膜置于两个腔体之间，两边分别是硝酸锌溶液与甲基咪唑的甲醇溶液。值得注意的是，将硝酸锌溶液面向PTSC侧时能够制备的ZIF-8颗粒仅在表面而不在内部出现。有趣的是，最终制备出来的膜表面能观察到彩色光，这表明在聚合物基底表面有一层较为平整的具有不同折光度的ZIF-8薄膜。
ZIF-8@PTSC复合膜。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
ZIF-8的形态则可通过改变反应液的浓度来进行调节。在高浓度下，膜表面易于形成较大颗粒且无法紧密堆砌；降低浓度则可以有效提高膜的致密程度、降低颗粒大小并减小膜厚。最终，研究者制备了厚度为620 nm的致密ZIF-8膜，这是目前报道的在聚合物基底上最薄的ZIF-8分离层。
膜结构与反应浓度的关系。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
这样制备的复合膜拥有优异的气体分离性能。其分离性能最佳的膜对丙烯/丙烷的分离比为25.5，而对氢气/丙烷的分离比达到1737，氢气通量为2.1×10-7 mol m-2s-1 pa-1。
不同条件下得到的ZIF膜结构。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
这项工作为我们展示了如何通过设计基膜的化学结构及MOF的生长条件来调控其结构与性能。在ZIF-8用与气体分离膜的论文大量发表的今天，这份工作能够发表在Angew. Chem. Int. Ed.着实不易。此外，这篇论文的数据非常的少，有兴趣的同学可以去读读看。
留个问题给大家思考：除了能够捕获离子的基团外，要想在聚合物基底上获得薄且致密的MOF层，对聚合物表面还有哪些要求呢？
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
A Metal Chelating Porous Polymeric Support: The Missing Link for a Defect-free Metal-Organic Framework Composite Membrane
Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201611927
（本文由YHC供稿）