能源绿色低碳发展是实现双碳目标的关键。二氧化碳和氢气的分离对于甲烷高效转化、炼厂尾气回收具有重要意义。与传统分离技术相比，膜分离技术具有能耗低、操作简便和环境友好等优势。因此，开发兼具高渗透性及高选择性的氢气/二氧化碳分离膜成为科技界及产业界的焦点。作为新一代气体分离膜，金属有机框架（metal-organic framework, MOFs）膜制备过程中易产生晶间缺陷，导致选择性较低。

青岛能源所功能膜与氢能技术研究中心长期致力于气体膜分离技术研究。近日，受自然界珍珠“砖-泥”结构的启发，研究团队联合德国汉诺威大学Caro教授，创新性地开发出仿生“砖-泥”结构复合膜，其中主要的晶体ZIF-8纳米颗粒（砖）通过超薄锌配位聚合物中间层（泥）的界面Zn-N共价键进行自组装链接，可有效消除晶间缺陷。该复合膜利用ZIF-8纳米颗粒的多孔特征形成快速氢分子传输通道，利用配位聚合物中间层及界面的尺寸排阻效应形成高选择性氢气/二氧化碳传输通道，实现了气体分离的协同强化。

图1 仿生纳米复合膜结构示意图及SEM图像

在氢气/二氧化碳混合气体分离过程中，复合膜表现出高达176的H₂/CO₂分离系数，以及创纪录的氢气渗透系数1.78×10⁵ Barrer（1 Barrer=1×10^-10 cm³(STP)/cm² ·s ·cmHg）。这一突破性成果为高性能气体分离膜的开发提供了新思路。

图2 仿生纳米结构复合膜与国际报道分离膜的氢气/二氧化碳分离性能比较

研究成果以“Zinc Coordination-Polymer-Mediated Self-Assembly of Nanoparticles into “Brick-and-Mortar” Membranes for Hydrogen Separation”为题，发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上，李欣鑫、焦成丽为共同第一作者，江河清研究员和Jürgen Caro教授为通讯作者。该工作获得了国家重点研发计划、山东省重大基础研究和山东省泰山学者特聘专家等项目的支持。(文/图 焦成丽)

原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202416919

X. X. Li⁺, C. L. Jiao⁺, X. Q. Zhang, X. Y. Xu, S. Gul, F. Y. Liang, J. Caro*, H. Q. Jiang*, Zinc Coordination-Polymer-Mediated Self-Assembly of Nanoparticles into “Brick-and-Mortar”Membranes for Hydrogen Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202416919.