金屬-有機骨架(MOF)膜可以降低分子分離的能量負荷，但在制備無缺陷MOF膜方面存在一定的困難?，F在，研究人員設計了一種在工業相關襯底上生長高性能MOF膜的電化學方法。

多孔沸石和金屬有機骨架(MOF)膜具有許多顯著的化學分離性能。因此，在過去的二十年里，它們的合成引起了人們的高度關注。這些膜能夠分離大小和形狀差別非常小的分子混合物。這引發了人們的期望，即將開發出比現有工藝更節能的新技術，用于大規模分離烯烴和烷烴、烷烴異構體和二甲苯異構體等混合物。

實現這些希望取決于制造方法的發展，這種方法可以在大面積的膜上可靠而廉價地生長連續的多晶納米孔膜?，F在，Mohamed Eddaoudi和阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)的同事在“自然能源”(Nature Energy)雜志上發表了一篇文章，他們發現了一種電化學實現的策略，可以在特殊的實驗室襯底和低成本的工業襯底上生長MOF，生產出高性能、無缺陷的薄膜。

在過去的幾年里，KAUST的Eddaoudi和他的同事們一直致力于用fcu-MOF材料制造薄膜，這種材料含有通過各種有機連接劑連接的六核氧化鋯或稀土氧化物積木。鏈接器可以與其他鏈接器交換。這種可調結構可以使材料實現丙烯、丙烷和正丁烷的大幅尺寸選擇分離，而異丁烷-關鍵烴分離將受益于更節能的處理。然而，他們系統地嘗試調整現有的MOF膜合成方法，但沒有成功。

Eddaoudi及其同事現在報道的電化學策略代表了實質性進展（下圖）。該設計基于兩個主要思想。首先，研究人員確定前體溶液條件，允許在溶液相中自組裝基于六核金屬氧化物的簇構建塊。其次，它們使用電流通過有機連接體控制簇構建塊的互連，以形成fcu-MOF。這很重要，因為MOF的形成是通過去質子化實現的有機連接物，其允許羧酸基團與金屬氧化物簇形成配位鍵。通過調節基片表面的去質子率，研究人員能夠“控制”合適的電流密度和連接劑/團簇濃度范圍，從而有利于在基片表面快速形成連續的多晶MOF膜，而不是在溶液中形成MOF。

電化學使fuc-MOF膜制備策略成為可能

有了這一概念驗證，Eddaoudi和他的同事們隨后完成了另一項非凡的壯舉：使用不同pKa值的連接物，他們能夠合理地制造9種不同納米孔大小的fcu-MOF膜。

研究人員還表明，他們的工藝同樣適用于工業上有用的襯底，如氧化鋁(涂上導電層后)和不銹鋼網。這是追求放大技術和評估通過這一新戰略實現的MOF膜的工業潛力的戲劇性的第一步。此外，這些膜在一定的操作壓力范圍內保持了優異的分離性能，并且對水蒸氣和硫化氫等污染物表現出良好的穩定性。

除了納米孔膜制造的科學和放大挑戰之外，一個更廣泛的任務是找到并提供它們將在經濟上產生影響的應用。雖然用膜節省能源肯定是可能的，但幾十年來追求的一些高價膜應用可能沒有研究議程報告和其他文獻估計或預測的那么有利可圖。

鑒于化工生產的未來能源和原料來源的復雜和全球多樣化前景，以及全新轉化工藝的出現，除了非?；\統的陳述外，似乎很難預測化工廠和煉油廠的未來形態。然而，仍然需要各種分離工藝。強大且可擴展的分離技術平臺可以快速調整和制造，以便在不同的流程中集成，這可能為駕馭這一不確定的未來提供一條道路。納米多孔材料平臺，如MOF和沸石，通過各種合成和合成后處理，具有固有的可調性。Eddaoudi和他的同事們的工作展示了納米多孔MOF膜是如何通過電化學方法容易地生產和調諧的，這是在這個方向上非常令人興奮的發展。

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00908-4