金属-有机骨架(MOFs)的拓扑结构和化学功能使其在膜气体分离中具有广阔的应用前景。然而，很少能满足工业应用的标准，即对CO2/CH4和CO2/N2的选择性> 30。
有鉴于此，国立台湾大学康敦彥、俄亥俄州立大学Li‐Chiang Lin、西江大学Jong Suk Lee等人，报道了一种致密的CAU-10-H MOF膜，该膜具有极好的CO2选择性（理想的CO2/N2选择性为42，CO2/CH4选择性为95）。
本文要点
1）CAU‐10‐H膜(1.7×10−13 mol m−2 s−1 Pa−1≈500 Barrer)的CO2渗透性高于所有现有的CO2/CH4选择性超过30的MOF膜。这种杰出的CO2/CH4分离性能可以极大地促进天然气的净化，天然气是最清洁和最有效的燃料之一。
2）最先进的原子模拟技术为CAU‐10‐H在分子水平上出色的分离性能提供了宝贵的见解。吸附剂-吸附物库仑相互作用被认为是设计CO2选择性MOF膜的关键因素。对CAU-10-H中分子迁移的研究表明，先前报道的PLD为3.7Å不一定是对结构的准确描述。提出了一种更真实的结构，其PLD为3.2Å。
3）分子模拟表明，尽管结构1的PLD较大，但CO2扩散的自由能垒较高。这种与直觉相反的观察结果可以归因于库仑效应，该效应在结构2中产生了相对能量有利的途径。发现表明，库仑相互作用是决定CO2扩散的关键因素。而MOFs中瓶颈的开放程度并不能作为评价CO2分离性能的充分指标。
总之，该研究中描述的分子水平现象可用于其他超微孔材料的工程设计，以完成包括CO2或具有强偶极矩和/或四极矩的分子的分离任务。
参考文献：
Da‐Shiuan Chiou et al. Highly CO2 Selective Metal–Organic Framework Membranes with Favorable Coulombic Effect. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202006924
https://doi.org/10.1002/adfm.202006924
