Klassieke moleculaire zeefmembranen, met 3D microdeeltjes en 2D nanosheets als primaire bouwstenen, zijn veelbelovend in chemische scheiding.

Scheiding binnen dergelijke membranen is afhankelijk van moleculaire beweging en transport door hun intrinsieke of kunstmatige nanoporiën. Aangezien de zwakke verbindingen van nature tussen de aangrenzende "stenen" meestal resulteren in interkristallijne gaten in membranen, de heersende selectiviteit voor klassieke moleculaire zeefmembranen is matig.

Onlangs, een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Yang Weishen en Dr. Ban Yujie van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) stelde nuldimensionale moleculaire zeefmembranen voor die de scheidingsselectiviteit van waterstof (H ₂ ) en kooldioxide (CO ₂ ).

De studie is gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie op 16 juli.

"Nul-dimensionale moleculen, als primaire bouwstenen in het voorgestelde membraan, hebben het potentieel om interkristallijne gaten in membranen absoluut te elimineren, " zei dr. Ban.

De onderzoekers hebben het nuldimensionale moleculaire zeefmembraan gefabriceerd door nuldimensionale 2-methylimidazol (mim) moleculen te assembleren tot ongekende supramolecuul array-membranen (SAM's) door middel van oplosmiddelvrije dampverwerking op een metaal-organisch raamwerk.

In SAM's, de "nul-dimensionale bouwstenen" samen met supramolecuul-interacties resulteerden in de afwezigheid van de interkristallijne gaten, die een effectieve massaoverdracht door intermoleculaire tussenruimten garandeerde in plaats van een ongewenste lekkage door niet-selectieve tussenruimten.

In tegenstelling tot het klassieke transport door nanoporiën van membranen, selectief transport door de intermoleculaire afstand van mim (~0,30 nm) werd gerealiseerd binnen SAM's, waardoor een uiterst nauwkeurige zeef van H . wordt verkregen ₂ van CO ₂ . De H ₂ /CO ₂ selectiviteit was een orde van grootte hoger dan selectiviteiten van de state-of-the-art klassieke membranen.

"Onze studie opent de deur om een ​​verscheidenheid aan SAM's te creëren om de subtiele verschillen in grootte / vorm van een paar gasmoleculen te onderscheiden, " zei prof. Yang. "In de toekomst, we zullen de intermoleculaire afstand aanpassen, het assemblageproces controleren, en maken een breed scala aan toepassingen van SAM's mogelijk voor energie-efficiënte chemische scheidingsprocessen."