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  由于人類過量使用化石燃料，大氣中溫室氣體的濃度不斷上升，導致全球平均地表溫度比工業化前升高了約 1.0 °C。全球變暖與氣候變化以及越來越多的極端氣象災害事件息息相關，并促使世界各國政府在2015年制定了《巴黎氣候協定》，將限制全球溫度進一步升高的目標設置在 1.5 °C以內。為實現此目標，必須捕獲和封存最主要的溫室氣體二氧化碳 (CO₂)。其中，從火電站煙道氣中捕獲CO₂能夠減少約全球40%的CO₂排放。

  復合薄膜因其能夠處理大通量的煙道氣體，被認為是最節能、工業上可行的CO₂捕集技術。近日，墨爾本大學Greg Qiao教授和悉尼科技大學Qiang Fu博士等人概述了用于CO₂捕集的復合薄膜材料（例如聚合物、無機物和碳材料等）的發展趨勢，比較了復合薄膜從煙道氣中捕獲CO₂的性能表現，并分享了該領域未來研究方向的突出挑戰和機遇。本文的第一作者為Min Liu博士，相關綜述論文以題為“Thin Film Composite Membranes for Postcombustion Carbon Capture: Polymers and Beyond”發表在了Progress in Polymer Science上。

圖1：用于制備復合薄膜的常用材料。

圖2：用于制備復合薄膜的聚乙二醇（Polyether glycol）及其衍生物的化學結構。

圖3：用于制備復合薄膜的玻璃化聚合物（Glassy polymer）化學結構特征。

圖4：基于金屬有機框架材料（Metal-organic frameworks）制備復合薄膜。

圖5：基于沸石分子篩（Zeolites）制備復合薄膜。

圖6：基于石墨烯（Graphene）和高分子材料制備復合薄膜。

  該工作是團隊近期關于制備用于CO2捕集的高性能復合薄膜材料相關研究的最新進展之一。近年來該團隊一直致力于進一步提高復合薄膜捕集CO₂的性能。例如，團隊發明了一種連續自組裝高分子（continuous assembly of polymer）的技術用于制備超薄的選擇性層（Energy Environ. Sci. 2016, 9, 434-440），并利用金屬有機框架材料作為復合薄膜的中間層大幅提高了氣體通量（Energy Environ. Sci. 2018, 11, 544-550; ACS Nano2018, 12, 11591-11599）。另外，團隊從分子層面闡述了不同結構的內在孔隙度聚合物（polymer of intrinsic microporosity（PIM））在老化過程中分子鏈和孔隙度的變化規律（ACS Materials Lett.2020, 2, 993-998），并利用金屬有機框架材料極大地減緩了PIM復合薄膜的老化速率（Chem. Eng. J.2020, 396, 125328）。通過利用聚合物和金屬有機框架的復合材料制備中間層，該團隊還克服了復合薄膜中多孔基底層對于氣體擴散的限制效應（ACS Cent. Sci. 2021, 7, 671-680）。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670022000028