在石油化工與精細化工領域，高效分離結構相近的分子是極具挑戰且能耗密集型的化工分離過程。膜分離技術雖具節能潛力，但其發展受限于“滲透性-選擇性權衡”的瓶頸問題。 面向重要化工分離需求，中山大學薛銘教授研究團隊提出，通過數學模型指導的精準設計與可控制備，成功開發出具有獨特“寬窄交替通道”微結構的新型多變量金屬有機框架（MTV-MOF）中空纖維膜，以實現高通量化工膜分離過程調控。
研究團隊將數學模型應用于膜材料原子尺度設計，通過精確調控不同功能化配體在膜層間的空間分布，以及在微結構骨架中的相對比例，成功構筑了具有局部限制性傳輸通道的周期性交替結構。其中，狹窄的局部限制性通道提供精確的分子尺寸篩分功能，確保高選擇性，而相鄰的寬闊通道則顯著降低了小分子的傳輸阻力，大幅提升膜滲透通量。這種協同效應通過密度泛函理論計算與分子動力學模擬進行了系統闡釋和驗證。 實驗結果表明，多變量配體策略使得膜的有效篩分孔徑在亞納米尺度上實現精準調控，該類MTV-MOF中空纖維膜在分離甲苯與間二甲苯時表現出優異性能，成功突破了膜材料的分離性能極限。 進一步，研究團隊展示了該類MTV-MOF中空纖維膜的實際應用潛力。構建了多級膜分離過程，利用不同孔徑的MTV-MOF膜串聯，成功實現了對復雜混合物（甲苯、二甲苯、三甲苯）的高效一步分離，凸顯了分離膜材料在復雜化工分離體系中的潛在應用價值。 該研究創制的具有交替寬窄通道結構的分離膜，為解決膜分離領域長期存在的滲透-選擇性權衡難題提供了科學方案。所發展的多變量配體調控策略與交替通道設計理念，為高性能分離膜開發開辟了新途徑，其數學建模指導材料設計的方法論對功能材料的理性創制具有普適意義。 論文信息 Multivariate MOF Hollow Fiber Membranes with Precision-Tuned Subnanometer Channels Toward Aromatic Hydrocarbon Separation Dr. Zhen Chen, Prof. Bin Li, Dr. Ying Liu, Dr. Zi-Meng Xu, Dr. Xiao-Feng Zhong, Dr. Pan-Pan Zhang, Prof. Ling-Mei Liu, Prof. Yi Li, Prof. Ming Xue, Prof. Xiao-Ming Chen 文章的通訊作者是中山大學薛銘教授、李意副教授與重慶大學劉玲梅教授, 第一作者是中山大學化學工程與技術學院博士研究生陳鎮。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508510
