混合基质膜（MMMs）是最有前途的节能气体分离解决方案之一。然而，传统的MMM合成方法不可避免地会导致填料-聚合物界面相容性差、填料团聚、载量有限等问题。在自然界中，根瘤菌是一类细菌，它侵入植物的根并刺激根的皮层和中柱中的特定细胞。这会导致细胞的剧烈生长和根部的局部肿胀，形成有利于和谐整体共生的根瘤。
基于此，哈工大邵路教授报道了开发了一种从头开始的策略来构建超高ZIF-8含量的MMM，灵感来自于根瘤菌诱导根瘤的整合共生过程。
文章要点
1）在CHCl3/水混合物的帮助下，ZIF-8晶粒变得细小（100 nm），同时均匀分散在高渗透性的PIM-1基体中，可承受高达67.2 wt%的超大MOF负载量，极大地有利于MMM中的气体输送。值得注意的是，PIM1的CN基团与ZIF-8的NH基团相互作用，产生了良好的界面相容性，从而避免了在这种超高MOF含量下的非选择性缺陷而没有团聚。
2）超高MOF的掺入有效地提高了共生激发的MMMs的气体溶解性，这与相对低含量的MOF在其他聚合物基质中的作用有很大的不同。优化后的膜表现出较好的CO2透过率为6338 barrer，同时保持了良好的能量效率碳捕获的选择性。
3）超高的MOF掺杂量减轻了PIM-1对合成MMMs的物理老化和塑化，并保持了MMMs的长期稳定性。
所提出的以共生为灵感的方法可以克服与完美结合和充分利用两种知名材料的固有优点相关的长期存在的问题，为构建具有不同MOF和各种聚合物基体的下一代高性能MMM提供通用工具箱，用于可持续气体分离，这也为制备MOF基复合材料打开了思路。
参考文献
Shanshan He, et al, Symbiosis-inspired de novo synthesis of ultrahigh MOF growth mixed matrix membranes for sustainable carbon capture, PNAS, 2022
DOI: 10.1073/pnas.2114964119
https://doi.org/10.1073/pnas.2114964119
