在石油化工与精细化工领域，高效分离结构相近的分子是极具挑战且能耗密集型的化工分离过程。膜分离技术虽具节能潜力，但其发展受限于“渗透性-选择性权衡”的瓶颈问题。 面向重要化工分离需求，中山大学薛铭教授研究团队提出，通过数学模型指导的精准设计与可控制备，成功开发出具有独特“宽窄交替通道”微结构的新型多变量金属有机框架（MTV-MOF）中空纤维膜，以实现高通量化工膜分离过程调控。
研究团队将数学模型应用于膜材料原子尺度设计，通过精确调控不同功能化配体在膜层间的空间分布，以及在微结构骨架中的相对比例，成功构筑了具有局部限制性传输通道的周期性交替结构。其中，狭窄的局部限制性通道提供精确的分子尺寸筛分功能，确保高选择性，而相邻的宽阔通道则显著降低了小分子的传输阻力，大幅提升膜渗透通量。这种协同效应通过密度泛函理论计算与分子动力学模拟进行了系统阐释和验证。 实验结果表明，多变量配体策略使得膜的有效筛分孔径在亚纳米尺度上实现精准调控，该类MTV-MOF中空纤维膜在分离甲苯与间二甲苯时表现出优异性能，成功突破了膜材料的分离性能极限。 进一步，研究团队展示了该类MTV-MOF中空纤维膜的实际应用潜力。构建了多级膜分离过程，利用不同孔径的MTV-MOF膜串联，成功实现了对复杂混合物（甲苯、二甲苯、三甲苯）的高效一步分离，凸显了分离膜材料在复杂化工分离体系中的潜在应用价值。 该研究创制的具有交替宽窄通道结构的分离膜，为解决膜分离领域长期存在的渗透-选择性权衡难题提供了科学方案。所发展的多变量配体调控策略与交替通道设计理念，为高性能分离膜开发开辟了新途径，其数学建模指导材料设计的方法论对功能材料的理性创制具有普适意义。 论文信息 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 文章的通讯作者是中山大学薛铭教授、李意副教授与重庆大学刘玲梅教授, 第一作者是中山大学化学工程与技术学院博士研究生陈镇。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202508510
