任何一种工程材料要得到大规模的实际应用，必须具备节能、环保、低成本等基本要素。在气体、液体分子分离领域，开发一种具备高渗透率和高分离系数的新材料是当前的研究热点。其中，超薄聚合物膜、多孔碳膜（如氧化石墨烯、石墨烯等）等材料，具有较高的渗透性、优异的机械强度以及良好化学稳定性、柔性等特点，被认为是非常具有开发前景的高效分离膜制备材料。但是，上述材料仍然面临着问题尚待解决；如，孔径及化学改性的精确控制等。最近，金属-有机骨架化合物（MOFs）的出现，为分子分离膜的研究开辟了新的天地。MOFs具有孔结构规整、比表面积大、化学改性途径丰富等诸多优点，迅速激发科学家们极大的研究热情。截止到2013年，就已经有超过20,000多种不同结构的MOFs被先后报道（Science, 2013, 341, 1230444）。
近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的Lars Heinke、Zhengbang Wang和汉诺威大学的Alexander Knebel等人在Nature Communications上报道了他们的新进展，通过在MOFs结构中引入光响应性的偶氮苯基团，制备了可远程光调控（分子）渗透性的智能分离膜。
光响应性MOF膜工作示意图及结构SEM图。图片来源：Nat. Commun.
作者制备的SURMOF（surface-mounted MOFs）为柱撑层状结构（pillared-layer structure），含偶氮苯基团作为侧链接到MOF结构中。红外反射光谱（IRRAS）和UV-Vis吸收光谱测试表明，连接在MOFs结构上的偶氮苯基团在紫外光（365 nm）/可见光（455 nm）的照射下能够发生可逆的顺反异构化；而且X射线衍射测试表明，紫外/可见光的循环照射，对MOFs的框架结构没有产生明显的影响。
SURMOF的结构示意图及其偶氮基团光照响应性、框架结构稳定性表征。图片来源：Nat. Commun.
通过调整SURMOF结构中偶氮苯基团顺式（cis）和反式（trans）的比例，能够对多孔膜的渗透性和分离系数进行有效调控。其中，偶氮苯基团顺式/反式的含量通过调节不同波长光的照射强度和时间进行调控。
SURMOF结构中偶氮苯基团顺式/反式状态含量的调控。图片来源：Nat. Commun.
研究团队将该MOFs分离膜用于H2/CO2混合气体的分离，并对其渗透性、分离系数等参数的光响应性进行了系统的测试。统计结果表明：该分离膜其分离特性具有良好的光控性和（可逆）循环稳定性；其H2/CO2混合气体的分离系数能够通过不同的光照条件在3～8之间进行精确调控。
SURMOF膜分离特性的可逆调控。图片来源：Nat. Commun.
—— 总结 ——
光是一种清洁能源，还能够进行远程、精确、即时的控制，使得光响应性材料成为智能材料的研究热点。偶氮苯基团作为一种典型的光响应性基团，被广泛的应用于药物传输、智能表面、光学器件、致动器及信息存储等诸多领域。而MOFs无疑是分离膜领域的潜力新星，该研究将两者进行了有效结合，构筑的智能气体分离膜具有可远程光调控的渗透性和分离系数。这一策略能够进一步的扩展到其他光响应性MOFs分离膜以及聚合物分离膜等的构筑中；同时，该设计理念同样适用于催化、传感、药物传输/缓释等领域的材料设计、构筑。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Tunable molecular separation by nanoporous membranes
Nat. Commun., 2016, 7, 13872, DOI: 10.1038/ncomms13872
（本文由甲子湖供稿）