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圖1 多巴胺調(diào)節(jié)ZIF-8制備混合基質(zhì)膜示意圖

  混合基質(zhì)膜被認為是最具有發(fā)展前景的氣體分離膜之一。ZIF-8作為金屬有機框架（MOF）材料的代表，被廣泛應(yīng)用于混合基質(zhì)膜填料。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授、英國皇家化學(xué)會會士、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室成員邵路教授團隊，巧妙的引入多巴胺，在室溫下，在水溶液中一步合成單分散的ZIF-8（ZIF-8-DA）。

圖2 多巴胺調(diào)節(jié)ZIF-8成核機理研究，（a, b）ZIF-8，（c, d）ZIF-8-DA

  多巴胺(DA)與Zn (NO₃)₂·6H₂O混合后加入到2-甲基咪唑溶液中，作為2-甲基咪唑的競爭配體，可以有效抑制ZIF-8的成核速率，從而實現(xiàn)ZIF-8的均相成核和生長，通過三段式結(jié)晶過程形成單分散的ZIF-8-DA納米晶，其結(jié)構(gòu)為菱形十二面體。

圖3 不同多巴胺濃度調(diào)節(jié)的ZIF-8掃描電子顯微鏡圖，(a) 0 mg/mL (b) 0.5 mg/mL (c) 1.0 mg/mL (d) 2.0 mg/mL (e) 3.0 mg/mL (f) 4.0 mg/mL.

  多巴胺濃度超過2.0 mg/mL時，對ZIF-8的調(diào)節(jié)有明顯效果，但濃度過大（4.0 mg/mL）時，多巴胺聚合形成厚聚多巴胺層，反而影響粒子的分散。選取適宜的多巴胺濃度（2.0 mg/mL），可促進原位形成聚多巴胺(pDA) 在顆粒表面進行修飾，顯著提高了ZIF-8納米粒子與聚合物基體的相容性。

圖4 氣體分離性能

  由于ZIF-8-DA具有良好的單分散結(jié)構(gòu)和表面裝飾，所制備的ZIF-8-DA/Matrimid納米復(fù)合材料在氣體選擇性和滲透性方面同時表現(xiàn)出了改善，打破了傳統(tǒng)聚合物膜滲透性和選擇性之間的傳統(tǒng)“此消彼長”效應(yīng)。

  哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院邵路教授為該論文的通訊作者，姜旭和赫羴姍為共同第一作者。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22910

  作者介紹：

  邵路教授:http://homepage.hit.edu.cn/shaolu  或 https://publons.com/researcher/1307969/lu-shao/publications/