能源与环境催化研究室在Materials Horizons上发表具有超高CO2渗透性的杂原子掺杂惰性碳混合基质膜用于高效CO2分离的研究工作

膜分离技术由于其占地面积小、易操作以及低能耗的优势正在成为一种有前途的分离方法。对二氧化碳具有超高渗透性的膜是未来大规模碳捕集项目所需要的，目前膜分离法分离CO₂的材料主要有有机膜和无机膜，然而这些膜材料的CO₂渗透性都受到材料本身的限制。纳米多孔填料与聚合物结合制备混合基质膜是一种制备高渗透膜的有效策略，它巧妙地结合了纳米填料的高孔隙率和聚合物优良的加工性能，有望获得具有超高CO₂渗透性的膜材料。C₂N作为杂原子掺杂的惰性碳中的一个新兴成员具有可控的孔隙率和高比表面积，在气体吸附中显示出高的二氧化碳选择性。杂原子的存在和由其引起的极化使C₂N具有用于二氧化碳分离膜的诱人特性。基于上述分析，我们将N/O对位掺杂的惰性碳C₂N_xO_1-x与高渗透性聚合物PIM-1结合构建具有超高CO₂渗透性的混合基质膜。最佳的C₂N_xO_1-x/PIM-1膜表现出优异的CO₂渗透性(22110 Barrer ), CO₂/N₂选择性为15.5，并且在PEG活化处理后可以获得前所未有的37272 Barrer的CO₂渗透性，远远超过2008年的上限。该研究突出了惰性碳骨架在CO₂分离膜领域的潜力。大量的实验和分子动力学模拟表明C₂N_xO_1-x的丰富有序极性通道及其与PIM-1的优异相容性是膜具有优异的CO₂分离性能的原因。

该工作发表在国际著名学术期刊Materials Horizons，题目为“Heteroatom-doped noble carbons tailored mixed matrix membrane with ultrapermeability for efficient CO₂separation”。河南大学纳米材料工程研究中心田志红教授和郑州大学化工学院李东洋副教授为论文共同第一作者，郑州大学的王景副教授与张亚涛教授为论文共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金、河南省优秀青年基金、河南省科研中心等项目支持。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2023/mh/d3mh00463e