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Phase-transformable Metal-organic Polyhedra for Membrane Processing and Switchable Gas Separation, Nature Communications 15, 9523(2024) 
相轉變金屬有機多面體在氣體分離中的應用
Po-Chun Han, Chia-Hui Chuang, Shang-Wei Lin, Xiangmei Xiang, Zaoming Wang*, Mako Kuzumoto, Shun Tokuda, Tomoki Tateishi, Alexandre Legrand, Min Ying Tsang, Hsiao-Ching Yang, Kevin C.-W. Wu*, Kenji Urayama, Dun-Yen Kang*, and Shuhei Furukawa*
2025/01/22
工業氣體分離在清潔能源與環境保護中扮演關鍵角色，然而既有的材料在分離如二氧化碳（CO2）和氫氣（H2）這類氣體時，大多不具備物理狀態的可調控性，因為在物理狀態改變的過程中，要維持材料的孔洞特性是非常具有挑戰性的難題，本研究開發出一種相變薄膜技術，有望解決此需求。這項創新技術的核心在於結合金屬有機多面體（MOP）與聚乙二醇（PEG）鏈。透過配位鍵將 12 條聚乙二醇鏈束縛到 RhMOP 表面，再經由不同的熱處理，得到具有相變性之多孔薄膜，藉由同步輻射光源in situ XRD結合變溫實驗儀器，觀察材料結晶性隨溫度的變化，成功鑑別出該材料具有液態-玻璃態-結晶態三種相態的互變特性。其中，液態多孔薄膜在捕捉CO2的表現上尤為出色，展現出高滲透性（180±13 Barrer）與選擇性(CO2/ H2 = 7.51 ±1.56 )，可高效地從CO2/H2混合物中分離出CO2，與固態多孔膜相比(21.6 Barrer, CO2/ H2 = 1.36)，液態多孔膜在CO₂對H2的滲透性與選擇性上表現更佳。此外，這種「金屬有機多面體-聚合物」的模塊化合成策略，可以根據不同環境條件的需求，選擇特定功能的孔洞結構與聚合物，來調整材料的性能，因此，這種相變多孔材料開啟了為氣體分離量身訂製薄膜的可行性。