由于人类过量使用化石燃料，大气中温室气体的浓度不断上升，导致全球平均地表温度比工业化前升高了约 1.0 °C。全球变暖与气候变化以及越来越多的极端气象灾害事件息息相关，并促使世界各国政府在2015年制定了《巴黎气候协定》，将限制全球温度进一步升高的目标设置在 1.5 °C以内。为实现此目标，必须捕获和封存最主要的温室气体二氧化碳 (CO₂)。其中，从火电站烟道气中捕获CO₂能够减少约全球40%的CO₂排放。

  复合薄膜因其能够处理大通量的烟道气体，被认为是最节能、工业上可行的CO₂捕集技术。近日，墨尔本大学Greg Qiao教授和悉尼科技大学Qiang Fu博士等人概述了用于CO₂捕集的复合薄膜材料（例如聚合物、无机物和碳材料等）的发展趋势，比较了复合薄膜从烟道气中捕获CO₂的性能表现，并分享了该领域未来研究方向的突出挑战和机遇。本文的第一作者为Min Liu博士，相关综述论文以题为“Thin Film Composite Membranes for Postcombustion Carbon Capture: Polymers and Beyond”发表在了Progress in Polymer Science上。

图1：用于制备复合薄膜的常用材料。

图2：用于制备复合薄膜的聚乙二醇（Polyether glycol）及其衍生物的化学结构。

图3：用于制备复合薄膜的玻璃化聚合物（Glassy polymer）化学结构特征。

图4：基于金属有机框架材料（Metal-organic frameworks）制备复合薄膜。

图5：基于沸石分子筛（Zeolites）制备复合薄膜。

图6：基于石墨烯（Graphene）和高分子材料制备复合薄膜。

  该工作是团队近期关于制备用于CO2捕集的高性能复合薄膜材料相关研究的最新进展之一。近年来该团队一直致力于进一步提高复合薄膜捕集CO₂的性能。例如，团队发明了一种连续自组装高分子（continuous assembly of polymer）的技术用于制备超薄的选择性层（Energy Environ. Sci. 2016, 9, 434-440），并利用金属有机框架材料作为复合薄膜的中间层大幅提高了气体通量（Energy Environ. Sci. 2018, 11, 544-550; ACS Nano2018, 12, 11591-11599）。另外，团队从分子层面阐述了不同结构的内在孔隙度聚合物（polymer of intrinsic microporosity（PIM））在老化过程中分子链和孔隙度的变化规律（ACS Materials Lett.2020, 2, 993-998），并利用金属有机框架材料极大地减缓了PIM复合薄膜的老化速率（Chem. Eng. J.2020, 396, 125328）。通过利用聚合物和金属有机框架的复合材料制备中间层，该团队还克服了复合薄膜中多孔基底层对于气体扩散的限制效应（ACS Cent. Sci. 2021, 7, 671-680）。

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670022000028