李南文、覃勇：气体分离领域取得新进展

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膜分离技术是适应当代新产业发展最有前途的分离技术之一。与传统的分离净化工艺相比，膜分离技术分离条件温和，选择性更高，逐渐在石油、天然气、化工、医药、轻纺、冶金、电子、食品、环保、海水淡化等领域得到广泛关注和应用。与其他聚合物分离膜相比，自聚微孔聚合物中大量的微孔可为气体提供良好的传输通道，备受全球学者的关注。然而，孔径分布宽和难调控是其进一步提升气体分离效率瓶颈难题。
　　近期，山西煤化所李南文研究员课题组、覃勇研究员课题组与天津工业大学马小华教授合作，在自聚微孔聚合物孔径调控和气体分离方面取得新进展。该工作以自具微孔聚合物（PIM-1）为基础，利用原子层沉积技术（Atomic layer deposition, ALD)，在原子尺度上精准调控PIM-1的孔结构，获得孔径在2.9-3.8Angstrom范围精准可调的膜材料，实现了CO2/CH4、O2/N2和H2/CH4的高效分离。

　　ALD应用于PIM-1中实现孔径调控具有独特优势。首先，采用ALD沉积氧化铝，通过控制沉积循环数实现PIM-1微孔的孔尺度的精确调控。其次，通过ALD处理的PIM-1可在保持原有的薄膜高渗透通量同时显著提高气体分离选择性，其O2/N2和H2/CH4选择性远远高于2015年的Trade-off上限，CO2/CH4选择性高于最新的upper bound上限。此外，氧化铝与PIM-1的键合作用还能提升薄膜机械性能和稳定性。
　　这种精准调控孔径的方法为现阶段气体分离膜材料所面临的瓶颈提供了一种新策略，具有广泛的普适性，为PIM-1工业化应用奠定了良好基础。该成果近日以Tailoring the Microporosity of Polymers of Intrinsic Microporosity for Advanced Gas Separation by Atomic Layer Deposition为题，发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17875–17880。
　　本项目获得国家自然科学基金（U1510123, 21603068, U1832208）、国家杰出青年科学基金（21825204）以及煤转化国家重点实验室基金（J19-20-907）项目的资助。
　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202016901。论文第一作者为陈秀玲博士。


        文章来源：山西煤化所
        李南文，1982年出生于重庆，于2009年在中科院长春应用化学研究所高分子化学与物理国家重点实验室获得有机化学博士学位。先后在韩国Hanyang University、德国Martin-Luther University、加拿大National Rresearch Council、Penn State University及佐治亚理工学院从事洪堡学者、博士后等研究，曾师从国际著名膜科学家美国科学院院士William Koros、Journal of membrane science副主编Michael Guiver及Young Moo Lee教授等从事能源环境相关的功能高分子分离膜材料的研发工作。在国际学术刊物如：J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Macromolecules, J. Mater. Chem., ChemSusChem, J. Membr. Sci.等发表30余篇，影响因子累计超过100，引用次数超过700次，申请1项国家发明专利和1项韩国发明专利。是国际知名杂志 Chem. Rev.,Energy & Environmental Science, Macromolecules, Polymer Chemistry, RSC Advance, Journal of Materials Chemistry, Journal of Membrane Science, Electrochem. Acta, Polymer等审稿人。2014年底，由中科院山西煤炭化学研究所“百人计划”引进回国。
       覃勇，男，1973年生。博士，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员，博士生导师,煤转化国家重点实验室副主任，山西省学术技术带头人。1996 年于重庆大学获得学士学位，2001年于青岛科技大学获得硕士学位，2005年1月于中国海洋大学获得博士学位。2004年7月–2007年3月，在德国锡根大学助研从事科研工作。2007年4月–2011年9月在德国马普学会微结构物理研究所博士后研究。2011年10月回国到中国科学院山西煤炭化学研究所工作，并入选中国科学院“百人计划”。2013年6月入选山西省“百人计划”特聘专家。主要研究领域为纳米催化、纳米材料、原子层沉积方法及应用等。在Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Letters、ACS Nano、Adv. Funct. Mater、ACS Catal.、Small、Nano Research等杂志已发表SCI收录论文70多篇。