多孔液体（Porous liquids, PLs）是一类具有永久性孔隙结构且呈现宏观液体流动性的新型多孔材料，其综合了多孔固体材料的有序孔道结构和液体的连续性、传质性等优点，在气体捕集与分离、催化、光热转换等方面表现出巨大的应用潜力。多孔液体有三种类型，其中，I型PLs是由刚性多孔主体组成，在纯净状态下多孔主体呈液态。Ⅱ型、Ⅲ型PLs是由多孔孔腔或框架材料分别溶解或分散于大尺寸位阻溶剂中构成。相较而言，I型PLs因无需额外溶剂来保持流动性，表现出高孔隙率与非挥发性等优势。目前，PLs的研究仍处于起步阶段，已报道的I型PLs的应用主要集中在气体的吸附和分离上。然而，I型PLs的高黏度、高熔点、非经济性严重制约了其应用。

  为解决以上难题，西北工业大学化学与化工学院郑亚萍教授团队在前期多孔液体与无溶剂纳米流体研究工作的基础上，采用共价交联制备低黏度Ⅰ型多孔液体。该工作分别采用原位生长法与浸渍法制备了两种支化聚乙烯亚胺（BPEI）功能化的ZIF-8-g-BPEI与ZIF-8@BPEI多孔主体。以具有优异热稳定性、分子量可控、低熔点、低黏度、无腐蚀与经济性的聚(二甲基硅氧烷)二缩水甘油醚封端（PDMS）为有机外层。通过共价交联的方法在氨基功能化ZIFs表面引入长链PDMS以制备具有低熔点、低黏度的Ⅰ型PLs（Scheme.1）。通过调控PDMS的分子量、氨基功能化ZIFs的类型与ZIFs的负载量等因素，实现了I型PLs的黏度、熔点、CO₂吸附量与CO₂/N₂分离效率的可控调节。

Scheme 1. Schematic representation on the synthesis of type Ⅰ PLs based on ZIF-8@BPEI (a) and ZIF-8-g-BPEI (b) via the covalent bonding strategy, respectively.

  相较已报道I型多孔液体，本研究所制备的多孔液体ZIF-8-g-BPEI-PLs-5%与ZIF-8@BPEI-PLs-5%的黏度降低了3-5个数量级，且熔点突破了-77℃，极大的拓展了PLs的工作条件，加快了其在工业连续泵送中应用 （Figure. 1）。与溶剂层相比较，在低压下PLs1(14000)-15%的CO₂吸附量提高了近10倍，其主要归因于永久性空隙被保留、氨基功能化ZIFs表面的化学吸附位点与优异流动的协同作用。动态穿透曲线进一步证明了该I型PLs在CO₂/N₂分离领域应用的前景（Figure. 2）。

Figure. 1 The viscosity-temperature curves of PLs1(1000)-5%, PLs2(1000)-5%, and inset: squeezing PLs1(1000)-5% using a 5 mL syringe at 25 ℃ (a), and PLs1(4000)-5.5%, PLs1(14000)-15.5%, and inset: squeezing PLs1(14000)-15.5% using a 5 mL syringe at 25 ℃ (c), the modulus-temperature curves of PLs1(1000)-5%, PLs2(1000)-5% (b), and PLs1(4000)-5.5%, PLs1(14000)-15.5% (d), the fitting curve temperature dependence of viscosity given by Arrhenius equations (e), the plots of the viscosity versus temperature for type Ⅰ PLs from this work and previous literatures (f), TEM images, and corresponding EDS images of PLs1(1000)-5%, respectively (g), photographs of PLs1(1000)-5% (left), and PLs1(14000)-15.5% (right) centrifugation at 8000 rpm for 8 min at 25 ℃ (h), photographs of PLs1(1000)-5% standing for about 200 days at 25 ℃ (i).

Figure. 2 CO₂ adsorption (filled)-desorption (empty) isotherms of PDMS, PLs1, and PLs2 at 25 ℃, respectively (a), the cycles of CO₂ adsorption capacity of PLs1(14000)-15.5 % under 1.0 P/P0 at 25 ℃, where PLs were regenerated by in situ vacuuming without heating (b), three cycles of PXRD patterns of PLs1(14000)-15.5 % (c), N2 adsorption isotherms of PLs1(14000)-15.5 % at 25 ℃ (d), CO₂ adsorption isotherms of ZIF-8, ZIF-8@BPEI, and ZIF-8-g-BPEI (e, f), the breakthrough curves of PLs1(14000)-15.5 % for CO₂/N₂ (v/v, 50:50) mixtures at 25 ℃, 1.0 P/P0 (g), the proposed reaction mechanism of PLs1 and adsorption sites (h).

  本工作近期以“Amino-functionalized ZIFs-based porous liquids with low viscosity for efficient low-pressure CO₂ capture and CO₂/N₂ separation”为题在线发表于国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》(工程技术一区Top期刊，2021 IF=13.273)，西北工业大学为论文的第一完成单位，第一作者为西北工业大学化学与化工学院2019级博士生李晓倩，西北工业大学化学与化工学院郑亚萍教授为通讯作者，西安交通大学化学工程与技术学院李明涛教授与中国工程物理研究院电子工程研究所李小阳为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、航空科学基金、陕西省自然基金与西北工业大学博士创新基金的支持。同时，该工作已申请国家发明专利。

  目前，该研究团队正在进行以共价有机框架材料（COFs）、金属有机笼（MOPs）等先进多孔材料为客体的新型多孔液体的研究，并将继续探索其在气体捕集、烷烃分离、催化、光热转换、聚合物基复合材料等领域的应用。

  文献来源：Xiaoqian Li, Dongdong Yao, Dechao Wang, Zhongjie He, Xiaolu Tian, Yangyang Xin, Fangfang Su, Hongni Wang, Jing Zhang, Xiaoyang Li*, Mingtao Li*, Yaping Zheng*, Amino-functionalized ZIFs-based porous liquids with low viscosity for efficient low-pressure CO₂ capture and CO₂/N₂ separation (2021), Chem. Eng. J.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132296

科研团队简介：

  西北工业大学郑亚萍教授团队长期从事多孔液体、无溶剂纳米流体的开发及其在气体捕集与分离、聚合物基复合材料等领域的应用研究。郑亚萍教授团队现有教授1人，副教授1人，研究生20余人和本科生10余人。近几年，团队在多孔液体领域取得了一系列进展，成功制备了基于中空碳球、中空SiO₂、MIL-53、UiO-66、ZIF-8、ZIF-67、金属有机笼等一系列多孔液体，并实现了其物理性能（如黏度、熔点、热稳定性、溶解性等）的可控调节，同时重点研究了其在碳捕集、烷烃分离等领域应用，为碳捕集与封存技术（CCS）所需的先进气体捕集材料设计提供了有力的理论支持，为我国早日实现碳达峰、碳中和的目标贡献力量。团队始终坚持面向世界科技前沿，面向国家重大需求，依托西北工业大学三航、材料、兵器等学科优势，积极与国内外多个科研院所（中国航天研究院、中国工程物理研究院电子工程研究所、美国橡树岭国家实验室、新加坡国立大学等）开展广泛合作，探索多孔液体与无溶剂纳米流体的应用研究。截止目前，已主持完成国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、航空科学基金和航天科学基金等国家级、省部级纵向和横向课题多项，发表论文180余篇；授权国家发明专利10余件；参编高等学校教材4部。

近年来团队发表的多孔液体与无溶剂纳米流体代表性论文：

Chem. Eng. J. 2021, 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132296；

J. Mater. Chem. A. 2021, DOI: 10.1039/D1TA01744F；

Small. 2021, 17, 2006687；

Chem. Eng. J. 2021, 409, 128082；

Chem. Eng. J. 2021,417, 129239；

ACS Appl. Mater. Inter. 2021, 13, 2600；

Chem. Eng. J. 2020, 416, 127625；

Chem. Commun. 2019, 55, 13179；

Nanoscale. 2019, 11, 1515；

Compos. Sci. Technol. 2019, 181, 107711；

Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2017, 129, 15154；