Tuning MOF/polymer interfacial pore geometry in mixed matrix membrane for upgrading CO 2 separation performance

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作者
Aydın Özcan,Dong Fan,Shuvo Jit Datta,Alejandro Díaz-Márquez,Rocío Semino,Youdong Cheng,Biplab Joarder,Mohamed Eddaoudi,Guillaume Maurin
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (28): eadk5846-eadk5846 被引量:52
标识
DOI:10.1126/sciadv.adk5846
摘要

The current paradigm considers the control of the MOF/polymer interface mostly for achieving a good compatibility between the two components to ensure the fabrication of continuous mixed-matrix metal-organic framework (MMMOF) membranes. Here, we unravel that the interfacial pore shape nanostructure plays a key role for an optimum molecular transport. The prototypical ultrasmall pore AlFFIVE-1-Ni MOF was assembled with the polymer PIM-1 to design a composite with gradually expanding pore from the MOF entrance to the MOF/polymer interfacial region. Concentration gradient–driven molecular dynamics simulations demonstrated that this pore nanostructuring enables an optimum guided path for the gas molecules at the MOF/polymer interface that decisively leads to an acceleration of the molecular transport all along the MMMOF membrane. This numerical prediction resulted in the successful fabrication of a [001]-oriented nanosheets AlFFIVE-1-Ni/PIM-1 MMMOF membrane exhibiting an excellent CO 2 permeability, better than many MMMs, and ideally associated with a sufficiently high CO 2 /CH 4 selectivity that makes this membrane very promising for natural gas/biogas purification.
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