2025年的诺贝尔化学奖颁给了首创金属有机骨架（Metal–Organic Frameworks, MOFs）的三位科学家。瑞典皇家科学院用一句富有诗意的颁奖词总结了获奖者的贡献：“他们为化学创造了新空间。”

全世界都在谈论在这块“新空间”里，气体分离、碳捕集、储能等领域将会如何被颠覆，一个个令人兴奋的应用场景被反复描绘。但同时大家也要面对一个困难的现实：金属有机骨架在它最被寄予厚望的膜分离领域，还依旧未走出实验室。显微镜下，它的性能足够惊艳，可一旦想把技术放进工厂流水线，各种难题就不断涌现。

纯MOF膜，困在“高性能但做不大”的死胡同；加了聚合物的混合基质膜，困在“做大了但性能平庸”的矮房子。两条路，两堵墙。

直到一张紫色薄膜从香港科技大学（广州）的实验室的台面上被研发出来——柔软、轻薄，看上去与普通塑料膜别无二致，却以接近纯MOF的结构实现了卓越分离性能，以超低聚合物含量驾驭了材料加工性和柔韧性，并在成熟工业制造体系下得到验证，实现连续化放大生产。这项工作是由港科大（广州）功能枢纽可持续能源与环境学域助理教授周胜和他的博士生宋诗政完成的。

7月15日，该项研究成果以“Scalable quasi-pure MOF membranes for energy-efficient gas separations”（用于节能气体分离的可放大准纯MOF膜）为题，发表在国际顶级学术期刊《自然》（Nature）上。

一切的成果起源于一次“失误”。2024年5月，当时宋诗政正在红鸟材料制备实验室里尝试复现ZIF-67纳米片的合成。按照既定配方，他需要加入一种缩写为SDS的表面活性剂，这是他为实验准备的关键组分。他伸手拿起一瓶，合成照常推进，紫色粉末在瓶底缓缓沉出，肉眼看去毫无异常，但实际上他加入的是SDBS，这导致了数据跟预期完全不同，但又不是失败。它呈现出一种完全不同的（110）晶面取向结构。在导师的引导下，他决定验证这个“意外”。

不到两周，宋诗政完成了对照验证。结果令团队振奋：进一步研究发现，这次“意外”产生的（110）晶面取向结构所形成的筛分窗口尺寸，恰好适用于丙烯/丙烷体系的分子筛分。这一几乎让所有气体分离研究者头疼的体系，正是团队梦寐以求的结构。翻遍此前文献，尚无直接合成（110）取向ZIF-67纳米片的相关研究。

直到今天，宋诗政仍然清晰记得当时的心情：“一方面有点自我怀疑，我做了那么多年实验，从来没加错过；另一方面也觉得特别意外，这个材料太神奇了。”

经过持续优化，MOFs含量最终被推至90vol%。这意味着，该膜的性能逼近纯MOF膜的理论基准水平，却拥有了纯MOF膜从未具备的机械柔性、优异的抗塑化能力以及规模化制造潜力。

据悉，在实验室验证阶段，该策略已成功拓展至ZIF-67、CALF-20和CuBDC等多种代表性MOF体系，展现出良好的普适性。在丙烯/丙烷分离、乙烯/乙烷分离、二氧化碳捕集以及氢气纯化等典型气体分离过程中，所制备膜均表现出优异性能，显著优于传统聚合物膜及常规混合基质膜，并且在工厂连续工作150天的过程中，产物丙烯纯度始终保持在99.5%以上。技术经济分析进一步表明，与传统低温精馏工艺相比，该膜分离过程有望将丙烯提纯成本降低约80%，为高能耗烯烃分离过程提供了一条兼具经济性与可持续性的全新技术路径。

文|记者 孙唯 通讯员 港科广

图|学校提供