日前针对ZIF-8材料成膜性差的难题，哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室成员、化工与化学学院教授邵路团队开发了一种全新的绿色常温水相ZIF-8分子筛膜合成法。通过利用多巴胺聚合和水相合成ZIF-8的相似反应条件，将多巴胺原位加入ZIF-8前驱体水溶液中，借助多巴胺及其聚合过程对ZIF-8成核的调控作用，率先成功实现了在常温水溶液中一步合成高质量ZIF-8分子筛膜。

　　图1 ZIF-8/PDA杂化分子筛膜制备过程

　　研究发现，多巴胺及在碱性的ZIF-8前驱体溶液中生成的聚多巴胺会作为2-甲基咪唑的一种竞争配体与Zn2+络合，阻碍了ZIF-8的均相成核。另一方面，多巴胺聚合过程释放的质子延缓了ZIF-8的均相成核。同时在基底表面形成的聚多巴胺促进了ZIF-8在基底表面的异相成核，以counter-diffusion的机理长成连续互生的ZIF-8晶层，并覆盖可能的缺陷。

　　图2 a)多巴胺聚合释放质子阻碍2-甲基咪唑去质子化，b）多巴胺作为竞争配体与Zn2+配位并在AAO表面聚合，c）ZIF-8膜在AAO表面的生长机理

　　如图3所示，由于奥斯瓦尔德熟化作用，随着反应时间的延长，组成ZIF-8/PDA分子筛膜的晶粒尺寸逐渐变大，晶粒之间的融合更致密，厚度也随之增大。因此延长反应时间对提高ZIF-8/PDA质量、消除晶区缺陷起关键作用。

　　图3不同反应时间下ZIF-8/PDA分子筛膜的形貌

　　这种ZIF-8/PDA分子筛膜对气体分子表现出典型的尺寸选择性，气体的渗透通量都随着气体分子尺寸的增大而降低。对于每一种气体而言，其渗透通量随着ZIF-8/PDA分离膜的反应时间的延长而降低，但选择性急剧升高。H2/C3H8选择性最高可达6680，C3H6/C3H8选择性最高可达99，达到国际报道的高值。

　　图4 a）ZIF-8/PDA分子筛膜的气体渗透性能，b）ZIF-8/PDA分离膜的气体选择性，c）ZIF-8/PDA的丙烯/丙烷分离性能与upper bound对比

　　这种水溶液一步合成法的简单可操作性使得大规模制备MOF分子筛分离膜成为可能，对MOF分子筛膜在能源和环境领域的应用具有推动作用，多巴胺聚合过程对ZIF-8生长影响的机理研究对小分子调控MOF合成研究有一定启发意义。相关工作发表在材料化学A（Journal of MaterialsChemistry A，2019，7(18):10898-10904）杂志上，并当选为当期封面推荐。邵路教授为唯一通讯作者，博士研究生姜旭为第一作者，该工作得到了国家自然科学基金的支持。