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燕友果教授与新加坡国立大学Loh教授合作论文被Nature Communications发表

作者:张琰发布时间:2020-04-11浏览次数:543

近日,燕友果教授和新加坡国立大学Loh教授合作论文“A solution-processable and ultra-permeable conjugated microporous thermoset for selective hydrogen separation”Nat. Commun.在线发表(2020, 11, 1633)。

该工作报道了一种溶液可加工的共轭微孔热固性塑料(CMT),其固有孔为0.4 nm,比表面积为840 m2g-1它既具有塑料的可加工性,又具有交联微孔固体的刚性和孔隙率。即使在升高的温度和压力下,微孔也是持久且稳定的。CMT0.4 nm处具有狭窄的孔径分布,结合其溶液可加工性,则可以通过简单过滤来制造厚度可控的大面积超滤膜。由于固有的微孔和堆叠的薄片之间存在层间间距,同时,共轭C-C连接的支架构成CMT的刚性结构可防止高度均一的孔隙塌陷成孤立的空隙,并在高温下实现内部孔隙的连通性。因此,CMT膜表现出超高的H2气体渗透性,良好的选择性和在高温下的出色稳定性等性能。我们采用分子动力学模拟方法对其实现H2分离的物理本质进行了解释,并探索了温度对分离性能的影响。我们首先成功构建出了与实验结构和密度相匹配的CMP模型,然后将其应用于气体分离研究,结果表明,该膜对H2几乎没有任何阻留作用,允许其超快速跨膜渗透;而与其它气体分子(CO2/N2/CH4)之间存在一定的粘滞力,使其不易与膜发生脱离,阻碍渗透。同时,由于孔径限制,这些气体的部分通道被阻塞,扩散路径被大大增加,降低了这些气体的跨膜运移能力;不同渗透率是CMP可以实现对H2的有效分离。此外,随着温度的升高,膜孔结构会发生变化,带来更高效的分离。该工作为新型H2分离膜的设计提供了新的思路和理论依据。

近年来,燕友果教授所在的材料多尺度模拟课题组(http://multiscale.upc.edu.cn/)围绕气体分离、海水淡化和离子整流开展了系统的研究工作,先后与美国伊利诺伊州立大学芝加哥分校Petr Král教授、新加坡国立大学的Kian Ping Loh教授、浙江大学的彭新生教授开展了广泛的科研合作。合作研究成果先后发表在Nature Commun., 2020, 11: 1633; Nano Lett., 2017, 17, 6742-6746; Small, 2020, 16, 1907016; Small, 2019, 15, 1904145; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 10041-10046; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 15062-15067J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 16566-16573; J. Phys. Chem.Lett., 2017, 8, 435-439; Nanoscale, 2017, 9, 18951。深入的国际合作与交流,有力地推动了课题组的快速发展,也助推了课题组人才培养的国际化进程;近年来,课题组先后有5人赴美国、挪威、法国和香港等攻读博士学位,4人获CSC资助赴海外博士联培。