• 首創(chuàng)GUM膜設計：通過熔融-淬火法將CP玻璃與MOF晶體結(jié)合，消除晶界缺陷；

• 多功能分離性能：在有機溶劑納濾、二甲苯異構(gòu)體分離、H?/CO?氣體分離中均表現(xiàn)卓越；

• 非破壞性改性：通過前/后修飾調(diào)控MOF孔道結(jié)構(gòu)，進一步提升分離選擇性；

• 自修復能力：CP玻璃的熔融流動性使膜具備熱誘導自修復功能；

• 普適性強：適用于多種MOF類型（Zr、Al、Zn基），具備工業(yè)化潛力。

Scheme 1: GUM膜定制策略示意圖

解讀：a) MOF的前修飾（引入缺陷）和后修飾（配體交換）策略；b) GUM膜的制備流程與分子傳輸機制，小分子通過MOF孔道進行選擇性傳輸。

Figure 1: GUM膜的結(jié)構(gòu)表征

解讀：a1–c1) 三種MOF（Zr-MOF: spn拓撲，Al-MOF: yfm拓撲，Zn-MOF: sgl拓撲）的晶體結(jié)構(gòu)；a2–c2) 在α-Al?O?基底上制備的不連續(xù)MOF膜表面形貌；a3–c3, a4–c4) GUM膜的表面和截面SEM圖像，顯示CP玻璃（G）無縫封裝MOF晶體（M），形成無缺陷結(jié)構(gòu)。

Figure 2: Zr-GUM膜的有機溶劑納濾性能

解讀：a) Zr(D)-GUM膜對染料的截留率與分子尺寸關(guān)系，符合尺寸排阻機制；b) 在140°C下對AF/DMF溶液的分離性能，保持99.6%截留率；c) 不同溶劑在Zr-GUM與Zr(D)-GUM膜中的滲透性對比，后者因缺陷更多滲透性更高；d) 孔密度（ε）與曲折度（τ）對滲透性的影響機制；e–g) GUM膜與文獻報道膜的ε/τ值、分離性能和標準化MWCO對比，Zr(D)-GUM膜的ε/τ值達0.1589，為現(xiàn)有最高。

Figure 3: Al-GUM膜的二甲苯異構(gòu)體滲透汽化性能

解讀：a) pX與oX分子尺寸與Al-MOF孔道結(jié)構(gòu)對比；b) Al-MOF與CP玻璃對pX/oX的吸附等溫線，Al-MOF對pX吸附更強；c–d) DFT計算顯示pX在Al-MOF中具有更強吸附能（因甲基與氧位點靜電作用）；e–g) 分子模擬顯示pX在Al-MOF中擴散系數(shù)更高；h) Al-GUM膜在75°C下對pX/oX的分離因子達44.8，通量為390 g m?2 h?1，優(yōu)于現(xiàn)有膜材料。

Figure 4: Zn-GUM膜的氣體分離與后修飾

解讀：a) 三種GUM膜的H/CO?分離性能；b) 與文獻膜性能對比，Zn-GUM膜選擇性達201.6，H?滲透性為635 GPU；c) Zn-GUM膜后修飾示意圖；d) FTIR驗證氨基配體成功交換；e) 修飾后Zn(M)-GUM膜選擇性提升至285.7；f–g) Zn-GUM膜損傷后經(jīng)175°C熱處理實現(xiàn)自修復，SEM顯示裂紋完全閉合。

總結(jié)與展望

本研究通過熔融-淬火法成功制備了多種GUM膜，實現(xiàn)了無缺陷、高選擇性、高滲透性的分子分離，并具備自修復能力和優(yōu)異的化學/機械穩(wěn)定性。該策略突破了傳統(tǒng)MOF膜制備的瓶頸，具有以下前景：

• 材料庫擴展：可適配更多MOF類型，應對不同分離場景；

• 工業(yè)化潛力：工藝流程簡單、重復性好，適于大規(guī)模制備；

• 智能膜設計：結(jié)合自修復與刺激響應特性，提升膜壽命與適應性；

• 多領(lǐng)域應用：不僅限于氣體和液體分離，還可拓展至催化、傳感等領(lǐng)域。

GUM膜為下一代高效分離膜的設計與制備提供了全新范式，有望在能源、化工、環(huán)境等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應用。

文章中 氣體吸附測試數(shù)據(jù)	測試內(nèi)容	參考儀器
	pX/oX 的吸附等溫線	BSD-660系列 全自動高通量 高性能氣體吸附 及微孔分析儀
	H?/CO? 混合氣體的 膜滲透率 和選擇性	BSD-MAB&M 多組分競爭吸附 穿透曲線及氣體 分離膜分析儀

貝士德 吸附表征 全系列測試方案