近日，新型膜材料与膜过程课题组在国际化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表最新研究成果“Uniformly Distributed Mixed Matrix Membranesviaa Solution Processable Strategy for Propylene/Propane Separation”。郑州大学化工学院为第一作者单位，硕士研究生苏亚菲（现为华中科技大学博士研究生）、李东洋副教授为共同第一作者，单美霞副教授、Jorge Gascon教授和张亚涛教授为共同通讯作者。

丙烯/丙烷的分离具有重要意义，但由于两种分子沸点相近，且分子大小相似，其分离极具挑战性。混合基质膜（MMMs）可以结合聚合物膜的可加工性、低成本以及填料的高分离性能，既能实现聚合物膜渗透性与选择性的同时提升，又可以借助聚合物膜成熟的生产工艺实现规模化制备，已成为气体分离领域具有竞争力的膜材料。然而，填料与聚合物基质之间有限的相互作用不可避免地造成界面缺陷、聚合物固化和孔隙堵塞等，最终导致膜性能下降严重。

本工作通过顺序生长策略，合成了以Ag₄tz₄为壳层、ZIF-67为核的纳米复合材料ZIF-67@Ag₄tz₄。Ag₄tz₄的引入实现了ZIF-67的可溶液加工性，进一步将ZIF-67@Ag₄tz₄与聚酰亚胺（6FDA-TMPDA）共混制备了用于丙烯/丙烷分离的高性能混合基质膜。ZIF-67@Ag₄tz₄与6FDA-TMPDA之间的氢键作用使得ZIF-67@Ag₄tz₄填料与基质具有优异的界面相容性，即使在30wt%高负载量下也能很好地分散在聚合物基质中。通过非平衡动力学模拟（NEMD）和正电子湮灭寿命谱（PALS）证实了Ag₄tz₄的加入增强了基质与填料之间的相互作用，使得界面缺陷减少。基于ZIF-67的分子筛分和Ag₄tz₄促进传递的协同效应，使得该混合基质膜对丙烯/丙烷表现出优异的渗透选择性（丙烯渗透性：99 Barrer；丙烯/丙烷选择性：39），远超文献报道的Robeson上限。此外，该混合基质膜表现出压力和温度耐受性及良好的长期稳定性（900 h），可满足实际工业的分离需求。本工作提出的设计策略可为未来MMMs界面工程设计提供指导，促进高性能气体分离用MMMs的开发。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202316093

上述研究得到了国家自然科学基金、河南省杰出青年科学基金及河南省高校重点科研项目的资助。