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金屬有機框架結構晶體形貌與缺陷對於混合基材薄膜特性與氣體滲透之探討

為了解決XMAX 400的問題，作者吳昶諭 這樣論述：

文獻中，制膜溶劑、填料的形貌以及填料的特定氣體吸附能力皆是影響有機無機複合薄膜的氣體滲透效果的因素。因此，此研究高長寬比形貌以及高CO2吸附能力的ZIF-78被成功利用溶劑熱法製備。藉由使用不同製膜溶劑，系統性的製備無缺陷(No crystal cracking system)與缺陷(Crystal cracking system)的ZIF-78/PSF複合薄膜，而經由氣體滲透等一系列實驗檢測發現，ZIF-78複合薄膜擁有微孔性、高熱穩定性、膜的緻密性、以及優異的氣體滲透效能。滲透時，N2分子在路徑選擇上，傾向選擇具有較低阻力的自由體積 (填料與高分子間或是填料與填料間) 而不是透過ZIF-

78的孔洞，對N2來說可以視為沒有缺陷的ZIF-78晶體與高分子鏈段形成曲折的通透路徑。相反地， ZIF-78具有硝基 (-NO2) 官能基具有較好的CO2親和力，對於CO2分子來說，較願意選擇ZIF-78 孔洞為其滲透的路徑。上述原因使無缺陷ZIF-78/PSF複合薄膜具有優異的二氧化碳對N2的選擇比。另一方面，缺陷的複合薄膜中氣體滲透的機制大多與無缺陷的複合薄膜相同，但是由於晶體裂縫而導致薄膜中自由體積 (Free volume) 的提升，自由體積的提升使在N2的通透量對比於無缺陷系統時有顯著的提升效果，同時也是造成CO2對N2的選擇比下降的原因。與過去著名的氣體分離文獻標準(Robeso

n upper bound in 2008) 相比，ZIF-78/PSF的複合薄膜氣體效能逼近於文獻標準。 總結來說，此研究結果顯示，在ZIF-78/PSF的複合薄膜中CO2與N2具有不同的滲透路徑。我們認為，其它高長寬比形貌或是高吸附能力選擇比的材料所製成的複合薄膜也可以套用此滲透機制，將對薄膜氣體分離領域做出些許的貢獻。