離子液體支撐膜是由支撐材料和離子液體兩部分構(gòu)成的分離膜。由于離子液體具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、難揮發(fā)以及對二氧化碳（CO₂）的溶解度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來，離子液體支撐膜已展示良好的CO₂選擇性分離，并且圍繞著如何制備兼顧高CO₂通量和高CO₂選擇性的離子液體分離膜開展了深入的研究。一方面，支撐材料對于離子液體支撐膜的分離性能影響**。例如，采用二維層狀材料（如氧化石墨烯ACS Nano 2018, 12, 5385、二硫化鉬J. Mater. Chem. A 2019, 7, 10041等），可以將離子液體限域在其片層之間，這些處于受限空間之中的離子液體對于CO₂的選擇性有著明顯的提高。然而，常規(guī)的二維層狀材料具有非常有限的面內(nèi)孔，使得CO₂在膜中的傳輸主要經(jīng)由其片層之間的間隙進(jìn)行，這無疑增加了其傳輸路徑的長度，從而導(dǎo)致CO₂的通量仍有較大的提升空間。鑒于此，我們設(shè)計(jì)了一種具有大量面內(nèi)微孔結(jié)構(gòu)的二維層狀材料（二維Zr-Fc MOF納米片J. Mater. Chem. A 2019, 7, 15975）作為支撐材料，通過其中的面內(nèi)孔來提供額外的CO₂通路，從而提高CO₂傳輸?shù)耐俊Ｍ瑫r(shí)，限域在MOF微孔內(nèi)的離子液體，確保了所制備的膜（Zr-Fc SILM）具有**的CO₂選擇性。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)通過對離子液體支撐膜施加外場刺激（如電場、熱和光等），可以進(jìn)一步地提高CO₂的通量。考慮到Zr-Fc MOF具有光熱性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 20321），因此，還可以通過外加光源刺激來進(jìn)一步地提高CO₂通過Zr-Fc-SILM的通量。

圖1、a) Zr-Fc-SILM的SEM截面圖，b)不同氣體通過不同厚度的Zr-Fc-SILM膜的氣體通量。C)Zr-Fc-SILM膜與文獻(xiàn)報(bào)道的同類型離子液體支撐膜的CO₂分離性能比較。d)光調(diào)控CO₂和H₂通過Zr-Fc-SILM的通量及其相應(yīng)的分離系數(shù)。e)光熱調(diào)控CO₂通過Zr-Fc-SILM的機(jī)理示意圖。

Zr-Fc MOF納米片具有豐富的面內(nèi)微孔，可以克服傳統(tǒng)二維層狀材料面內(nèi)孔缺失而導(dǎo)致的氣體傳輸路徑長等問題。因此，所制備的Zr-Fc-SILM具有**的CO₂分離性能。其中，厚度為460 nm的Zr-Fc-SILM的CO₂通量高達(dá)145.15 GPU，CO₂/N₂的分離系數(shù)高達(dá)216.9，同時(shí)兼顧了高CO₂氣體通量與CO₂選擇性，膜的整體性能超出了Robeson上線，且優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的其他類似的離子液體支撐膜。Zr-Fc MOF具有光熱性能，在外加光源的刺激下，Zr-Fc MOF能將光能轉(zhuǎn)換成熱能，使Zr-Fc-SILM的溫度升高，導(dǎo)致CO₂在膜內(nèi)的擴(kuò)散速度變快，從而進(jìn)一步地將CO₂的通量提升了35%。此外，Zr-Fc-SILM具有**的光熱穩(wěn)定性，即使經(jīng)過重復(fù)多次光熱調(diào)控，其氣體通量和相應(yīng)的選擇性仍能回復(fù)到初始狀態(tài)。