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  由于人類過(guò)量使用化石燃料，大氣中溫室氣體的濃度不斷上升，導(dǎo)致全球平均地表溫度比工業(yè)化前升高了約 1.0 °C。全球變暖與氣候變化以及越來(lái)越多的極端氣象災(zāi)害事件息息相關(guān)，并促使世界各國(guó)政府在2015年制定了《巴黎氣候協(xié)定》，將限制全球溫度進(jìn)一步升高的目標(biāo)設(shè)置在 1.5 °C以內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，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(fù)合薄膜因其能夠處理大通量的煙道氣體，被認(rèn)為是最節(jié)能、工業(yè)上可行的CO₂捕集技術(shù)。近日，墨爾本大學(xué)Greg Qiao教授和悉尼科技大學(xué)Qiang Fu博士等人概述了用于CO₂捕集的復(fù)合薄膜材料（例如聚合物、無(wú)機(jī)物和碳材料等）的發(fā)展趨勢(shì)，比較了復(fù)合薄膜從煙道氣中捕獲CO₂的性能表現(xiàn)，并分享了該領(lǐng)域未來(lái)研究方向的突出挑戰(zhàn)和機(jī)遇。本文的第一作者為Min Liu博士，相關(guān)綜述論文以題為“Thin Film Composite Membranes for Postcombustion Carbon Capture: Polymers and Beyond”發(fā)表在了Progress in Polymer Science上。

圖1：用于制備復(fù)合薄膜的常用材料。

圖2：用于制備復(fù)合薄膜的聚乙二醇（Polyether glycol）及其衍生物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

圖3：用于制備復(fù)合薄膜的玻璃化聚合物（Glassy polymer）化學(xué)結(jié)構(gòu)特征。

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

圖5：基于沸石分子篩（Zeolites）制備復(fù)合薄膜。

圖6：基于石墨烯（Graphene）和高分子材料制備復(fù)合薄膜。

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于制備用于CO2捕集的高性能復(fù)合薄膜材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。近年來(lái)該團(tuán)隊(duì)一直致力于進(jìn)一步提高復(fù)合薄膜捕集CO₂的性能。例如，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種連續(xù)自組裝高分子（continuous assembly of polymer）的技術(shù)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(jī)框架材料作為復(fù)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(tuán)隊(duì)從分子層面闡述了不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)在孔隙度聚合物（polymer of intrinsic microporosity（PIM））在老化過(guò)程中分子鏈和孔隙度的變化規(guī)律（ACS Materials Lett.2020, 2, 993-998），并利用金屬有機(jī)框架材料極大地減緩了PIM復(fù)合薄膜的老化速率（Chem. Eng. J.2020, 396, 125328）。通過(guò)利用聚合物和金屬有機(jī)框架的復(fù)合材料制備中間層，該團(tuán)隊(duì)還克服了復(fù)合薄膜中多孔基底層對(duì)于氣體擴(kuò)散的限制效應(yīng)（ACS Cent. Sci. 2021, 7, 671-680）。

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