因离子液体（ILs）对二氧化碳（CO2）具有良好的选择溶解性而备受青睐，于是含ILs的离子凝胶膜广泛地应用于气体分离。尽管该离子凝胶膜具有诸多优势，但由于机械强度差、泄漏风险大和回收利用性差，在制备高ILs含量的可持续离子凝胶膜方面仍存在挑战。
然而，离子凝胶中交联网络之间的相互作用是改善机械强度差、ILs泄露风险大、回收利用性差的关键。因此，理解和利用离子液体与离子凝胶交联网络之间的相互作用以提升其整体性能尤为迫切和重要。
近日，山东大学王旭教授团队，提出了一种协同方法，同时引入了共价键和超分子键的ILs，强化了离子凝胶中的相互作用，构建出具有优异机械性能和零泄漏的可修复、可回收和可升级利用气体分离离子凝胶膜。
在该工作中，通过FTIR和19F NMR表征手段，证实了离子凝胶膜中的超分子相互作用（包括静电作用、离子-偶极相互作用和氢键相互作用）对其高性能至关重要。使所制备的离子凝胶膜表现出高机械强度、零泄漏、优异自愈能力，并且完全可回收利用。另外，该膜表现出优异的CO2/N2和CO2/CH4选择性，分别达到61.7和24.6；即使经过自我修复和回收后，其分离性能没有显著下降。这些结果已通过实验和模拟研究得到了充分验证。
此外，我们的离子凝胶膜还表现出可升级利用的特性，能够转化为具有出色传感性能的离子皮肤，进一步提高其实用价值。
最终，此项工作不仅实现了从废气中捕获和分离CO₂，为碳达峰和碳中和目标提供了实际解决方案，还提出了一种可持续的策略，用于设计和构建高性能材料，以应用于先进的气体分离和电子技术。
论文信息
Healable, Recyclable, and Upcyclable Gel Membranes for Efficient Carbon Dioxide Separation
Jing Xiao, Tengyang Zhu, Haiyang Zhang, Wei Xie, Renhao Dong, Yitan Li, Xu Wang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202411270
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