研究综述

　　近日，华南理工大学电子显微中心、前沿软物质学院、先进造纸与纸基材料全国重点实验室韩宇教授团队与香港科技大学（广州）周胜教授团队合作完成的气体分离膜研究成果在Nature发表，清华大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学等单位共同参与该工作。

　　该工作中，周胜教授团队提出了“准纯MOF膜”新概念：通过将MOF晶体二维化为取向纳米片，并利用分子锚定剂将聚合物链动态固定在MOF表面，构筑出MOF体积分数超过90%的准纯MOF膜。该策略突破了传统混合基质膜中MOF填料含量受限、界面缺陷和规模化制备困难等瓶颈，使膜材料的气体分离性能接近纯MOF膜的本征水平。研究中，ZIF-67、CALF-20和CuBDC等代表性MOF均被成功制备为准纯膜，并应用于丙烯/丙烷、乙烯/乙烷、二氧化碳捕集和氢气纯化等重要气体分离过程。其中，取向 ZIF-67膜在丙烯/丙烷分离中实现了约160 barrer的丙烯渗透率和约100的混合气选择性，并完成了长20米、宽20厘米的连续卷对卷制备，展现出重要的产业化应用前景。

　　韩宇教授团队利用低剂量高分辨扫描透射电子显微技术，为多种用于成膜的MOF纳米片提供了直观、可靠的微观结构证据。获得的图像直接揭示了 [110] 投影ZIF-67纳米片中交替排列的四元环和六元环结构、[100] 投影ZIF-67纳米片的四元环孔口，以及CuBDC纳米片的方形网格结构和一维孔道入口（图1）。这些原子/近原子尺度证据证明了MOF纳米片的高结晶性、取向性及孔口暴露方式，为理解其后续有序堆叠、孔道取向和气体筛分性能提供了关键结构基础。该工作充分体现了电子显微技术在电子束敏晶态多孔材料低剂量成像方面的特色能力。

图1. 低剂量电子显微表征揭示“准纯MOF膜”构筑基元的有序埃米孔道结构：(a) [100]取向ZIF-67纳米片；（b）[110]取向ZIF-67纳米片。

论文信息

　　相关研究成果以“Scalable quasi-pure MOF membranes for energy-efficient gas separations”为题发表于国际顶级期刊《Nature》。论文第一作者为香港科技大学(广州)Shizheng Song、法国蒙彼利埃大学Dong Fan、华南理工大学贾茜霖博士，共同通讯作者为香港科技大学(广州)周胜教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi教授、清华大学王海辉教授、华南理工大学韩宇教授、法国蒙彼利埃大学Guillaume Maurin教授。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10655-9

部分通讯作者简介

　　韩宇，华南理工大学电子显微中心主任、前沿软物质学院教授、先进造纸与纸基材料全国重点实验室科研骨干。2004年被麻省理工学院《科技评论》杂志评选为百名青年发明家；2006年获新加坡青年科学家奖；2008年获Thomson Reuters Research Fronts Award（汤姆逊研究前沿奖）；2021年获得德国洪堡研究奖；2019-2024年连续6年入选科睿唯安（Clarivate Analytics）高被引学者。

　　韩宇教授2003年博士毕业于吉林大学，并先后在新加坡A-STAR（2003-2008）、沙特阿卜杜拉国王科技大学（2009-2023）从事科研工作。主要从事多孔材料的合成与应用（催化、分离、水处理），以及电子束敏感材料的高分辨电子显微成像方面的研究，是超低剂量电子显微成像技术的联合发明人。发表学术论文400余篇，其中包括权威期刊如Nature、Science、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Materials等，总引用次数超过60000，H-index大于130。