近日，天津大学化工学院王志教授团队等研发出一种基于“预占位—后激活”(POPA)策略的荷正电聚合物刷金属—有机框架(MOF)材料，实现幅宽达1米的“MOF基耐压二氧化碳分离混合基质复合膜”的“卷对卷”规模化连续制造。
二氧化碳的高效分离是减排的关键环节，膜法碳捕集技术具有能耗低、无溶剂挥发污染、设备可撬装集成、占地面积小等优势。近年来，国内外研究者已开发出多种高性能混合基质膜，但制备面积远不能满足工业化部署所需的膜面积要求。制约其规模化连续制造的关键瓶颈在于“非平衡加工诱导填料失稳”难题，即在实验室温和条件下稳定的填料分散体系，在工业快速涂布的非平衡动态加工过程中极易失稳，从而引发填料团聚及多尺度界面缺陷。
针对这一难题，团队提出“预占位—后激活”策略，开发出兼具静态分散与动态加工稳定性的荷正电聚合物刷MOF材料，并在三个方面实现了原创性突破。
一是创新材料设计理念。传统研究局限于实验室条件下的静态分散，该团队提出面向膜规模化制造的填料需兼具静态与动态稳定性，将设计逻辑从“静态稳得住”升级为“动态稳得住”。
二是开发孔道保护策略。针对聚合物修饰易堵塞孔道，该团队采用“预占位—后激活”策略：先利用质子化胺基预占孔道，引导聚合物外表面接枝；再通过去质子化“后激活”，恢复胺基活性与孔道畅通，实现“先堵后疏”，既构建聚合物刷层，又保障二氧化碳高效传输。
三是构建双重稳定机制。高荷正电框架与表面聚合物刷，协同发挥静电—空间位阻效应，确保静态稳定分散；自由伸展聚合物刷，通过密集氢键与聚合物基质形成界面互锁结构，在溶剂快速蒸发中，自适应抵抗“聚集诱导力”，从根本上解决动态失稳难题。
在此基础上，王志团队与企业合作开展了工业规模的技术验证，在自主设计的工业级“卷对卷”刮涂生产线上，实现了幅宽达1米的“MOF基耐压二氧化碳分离混合基质复合膜”的规模化连续稳定制造。所制膜在天然气脱碳及燃烧后碳捕集等工况下性能优异，经系统取样与多批次验证，展现出良好的可扩展性和均匀性。
未来，该技术有望在工业烟道气、天然气脱碳及合成气净化等领域发挥关键作用，为碳捕集、利用与封存产业链的降本增效提供技术支撑。
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