近日，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）研究员、助理教授Kemal Celebi课题组在碳捕集膜研究领域取得重要进展，相关成果发表于Nature Communications期刊。论文第一作者为浙江大学2022级材料科学与工程专业博士研究生李萍萍，通讯作者为Kemal Celebi，其他作者包括浙江大学化学工程与生物工程学院副教授赵俊杰、韩国全南大学副教授Donghun Kim，浙江大学2024级材料科学与工程专业博士研究生戴相承、2025级能源动力专业硕士研究生Muhammad Mohtashim Asif，2021级化学工程与技术博士研究生张铭以及2023级化学工程与技术博士研究生胡予缤。

面向“碳达峰、碳中和”国家战略目标，开发低能耗、高效率的二氧化碳（CO₂）捕集技术具有重要战略意义，其中CO₂/N₂膜分离技术因具有连续运行、能耗低和易于模块化放大等优势，成为烟道气CO₂捕集的重要研究方向。混合基质膜通过向聚合物基体中引入多孔无机填料，可兼具无机材料的高选择性与聚合物膜的良好加工性，是提升CO₂/N₂分离性能的重要技术路线。然而，二维沸石纳米片在传统高温活化过程中易发生不可逆团聚，导致其在聚合物基体中的分散性和界面相容性下降，进而影响膜的成膜质量与分离性能，成为制约该类膜材料规模化应用的关键瓶颈。

针对这一瓶颈，研究团队自主研发了水相紫外/臭氧（ultraviolet/ozone, UV/O₃）液相活化技术。不同于传统高温煅烧工艺，该技术在纳米片保持水相分散的温和条件下，通过紫外与臭氧的协同氧化作用高效去除有机结构导向剂及模板剂，从源头上杜绝了高温处理引发的纳米片不可逆团聚。经该技术活化后，MFI 拓扑结构沸石与硅铝磷酸盐分子筛 SAPO-34 纳米片的孔道得以完全开放，同时纳米片表面会同步生成丰富的羟基官能团。这一双重改性效果不仅显著提升了纳米片对 CO₂的吸附亲和性，还能有效改善其与聚合物基体的界面相容性，进而为构筑高性能 CO₂/N₂混合基质分离膜提供了全新的材料活化策略。

▲水相紫外-臭氧活化MFI纳米片示意图

实验结果表明，与传统空气煅烧相比，水相紫外/臭氧（UV/O₃）活化法可有效避免高温处理引发的纳米片不可逆团聚，从而保持其良好的液相分散状态。进一步研究发现，该方法不仅适用于MFI型沸石纳米片，也适用于SAPO-34硅铝磷酸盐分子筛纳米片，且具有反应条件温和、过程可控和适用范围广等优势。基于这一活化策略，研究团队进一步制备了厚度约为1 μm的超薄b-取向MFI混合基质膜。即使在填料含量仅为1.6 wt.%的条件下，该膜仍表现出优异的CO₂/N₂分离性能，其CO₂/N₂选择性达到40 ± 6，CO₂渗透通量达到194 ± 50 GPU，明显优于纯Pebax聚合物膜。

▲超薄MFI混合基质膜CO₂/N₂分离性能与文献报道沸石混合基质膜对比

该研究首次在实验上实现了沸石纳米片在液相分散状态下的温和活化，建立了通过水相UV/O₃处理同步去除有机模板剂和保持纳米片分散性的有效方法，并构筑了兼具高通量和高选择性的超薄沸石混合基质碳捕集膜。该成果为二维沸石纳米片的可控活化与高效利用提供了新的实验路径，也为高性能气体分离膜的规模化构筑和低能耗碳捕集技术的发展提供了重要的材料设计思路。

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