图1 多巴胺调节ZIF-8制备混合基质膜示意图

  混合基质膜被认为是最具有发展前景的气体分离膜之一。ZIF-8作为金属有机框架（MOF）材料的代表，被广泛应用于混合基质膜填料。近日，哈尔滨工业大学教授、英国皇家化学会会士、城市水资源与水环境国家重点实验室成员邵路教授团队，巧妙的引入多巴胺，在室温下，在水溶液中一步合成单分散的ZIF-8（ZIF-8-DA）。

图2 多巴胺调节ZIF-8成核机理研究，（a, b）ZIF-8，（c, d）ZIF-8-DA

  多巴胺(DA)与Zn (NO₃)₂·6H₂O混合后加入到2-甲基咪唑溶液中，作为2-甲基咪唑的竞争配体，可以有效抑制ZIF-8的成核速率，从而实现ZIF-8的均相成核和生长，通过三段式结晶过程形成单分散的ZIF-8-DA纳米晶，其结构为菱形十二面体。

图3 不同多巴胺浓度调节的ZIF-8扫描电子显微镜图，(a) 0 mg/mL (b) 0.5 mg/mL (c) 1.0 mg/mL (d) 2.0 mg/mL (e) 3.0 mg/mL (f) 4.0 mg/mL.

  多巴胺浓度超过2.0 mg/mL时，对ZIF-8的调节有明显效果，但浓度过大（4.0 mg/mL）时，多巴胺聚合形成厚聚多巴胺层，反而影响粒子的分散。选取适宜的多巴胺浓度（2.0 mg/mL），可促进原位形成聚多巴胺(pDA) 在颗粒表面进行修饰，显著提高了ZIF-8纳米粒子与聚合物基体的相容性。

图4 气体分离性能

  由于ZIF-8-DA具有良好的单分散结构和表面装饰，所制备的ZIF-8-DA/Matrimid纳米复合材料在气体选择性和渗透性方面同时表现出了改善，打破了传统聚合物膜渗透性和选择性之间的传统“此消彼长”效应。

  哈尔滨工业大学化工与化学学院邵路教授为该论文的通讯作者，姜旭和赫羴姗为共同第一作者。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22910

  作者介绍：

  邵路教授:http://homepage.hit.edu.cn/shaolu  或 https://publons.com/researcher/1307969/lu-shao/publications/