本研究關注新穎的超微孔(d < 0.7 nm)MOF材料，發展薄膜製備技術將其塗布製作成薄膜並且進行氣體分離的應用。我們所選擇的材料為Zn-AIP-AZPY這個具有1D孔洞的MOF，其根據不同的活化方式移除孔洞內客分子DMF之後，會展現出不同的孔洞大小(圖一)。（化工系康敦彥教授提供 dunyen@ntu.edu.tw）
圖一：Zn-AIP-AZPY結構圖，相較於以加熱來活化結構，以甲醇萃取方式移除客分子會造成較小的孔洞，同時也會減少在薄膜中的結構破壞。
我們利用國家同步輻射中心的設備，在不同的氣體環境下對此材料進行XRD的檢測。我們發現在二氧化碳的氣氛下，Zn-AIP-AZPY的繞射圖譜會有強度的降低以及peak偏移，顯示二氧化碳會吸附在Zn-AIP-AZPY的結構之中，並且對結構造成些許的改變(圖二)。此結果顯示此MOF材料具有高度的結構彈性，可能在氣體通過時造成形變。
圖二：Zn-AIP-AZPY在(a)二氧化碳與(b)甲烷的氣氛下進行XRD的量測。
我們利用二次生長法，在多孔氧化鋁基材上生長出緻密的Zn-AIP-AZPY薄膜(圖三)。其氫氣對二氧化碳的選擇率在傳統高分子薄膜的效能upper bound(圖中虛線)之上，並且其氫氣的透過率高於其他MOF薄膜材料。在本工作中，我們同時也結合了分子模擬的工具，計算不同氣體在於Zn-AIP-AZPY孔道內輸送的能量分佈狀況，藉此釐清其高選擇率背後的物理機制。
圖三：Zn-AIP-AZPY薄膜SEM(左)與氫氣/二氧化碳分離選擇率(右)。