Angew. Chem.：电聚合“刚柔并济”氢气分离膜

氢气被认为是环境友好型新兴清洁能源，工业上通过水煤气转换、整体煤气化联合循环及合成氨回收氢等过程获得的氢气纯度只有60%左右，无法直接作为能源供给应用，因此氢气的分离纯化尤为重要。相比于传统工业分离技术（如变压吸附、分馏/低温蒸馏等），膜分离可极大降低能耗且具有设备简便、占地面积小等优点。

近日，北京理工大学的冯霄（点击查看介绍）特别研究员等成功利用电化学聚合方法制备出了柔性自支撑噻吩基共轭微孔聚合物膜，展现出良好的氢气分子筛分性能，为有效解决膜分离渗透性、选择性和可加工性之间的博弈效应提供了新思路。

研究人员将反应条件温和可控的电化学聚合方法引入气体分离膜的制备过程，选用含有多个活性聚合位点的3,3'-联噻吩单体构筑刚性多孔交联骨架，同时引入含有柔性烷基链的噻吩单体来增强骨架的柔性。该团队通过设计调控单体的活性聚合位点数目、烷基链长度及单体摩尔比等制备系列自支撑薄膜材料，并成功突破了有机聚合物膜对于H₂/CO₂、H₂/N₂及H₂/CH₄混合气体分离的Robeson上限。机理研究表明，分子筛分对于选择性分离起到主导作用，而通过交联形成的合适孔道大小是实现分子筛分的主要原因。此外，该类膜材料具有良好的热稳定性、化学稳定性和长循环稳定性。这一“刚柔并济”的骨架调控与电聚合方法结合的策略为制备高性能聚合物气体分离膜提供了新的解决方案。

相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。该成果的第一作者是北京理工大学化学与化工学院的博士研究生张蒙茜，通讯作者为冯霄特别研究员，北京理工大学王博教授和叶彦春副教授、宁波大学李砚硕教授、华南理工大学顾成教授在气体分离膜的电聚合制备和性能测试分析等方面给予了极大帮助。北京理工大学王博、冯霄团队近年来主要从事共价有机框架材料和金属有机框架材料功能化及薄膜器件化等方面的研究。

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Electropolymerization of molecular-sieving polythiophene membranes for H₂ separation

Mengxi Zhang, Xuechun Jing, Shuang Zhao, Pengpeng Shao, Yuanyuan Zhang, Shuai Yuan, Yanshuo Li, Cheng Gu, Xiaoqi Wang, Yanchun Ye, Xiao Feng, Bo Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201904385

导师介绍

冯霄

https://www.x-mol.com/university/faculty/8896

（本稿件来自Wiley）