金属有机框架（MOF）膜已成为高效水净化的理想候选材料。然而，与金属配体相互作用的有限时空控制和固有的膜脆性有关的挑战阻碍了基于 MOF 的膜的放大和广泛应用。

　　在此，浙江工业大学计艳丽、北京工业大学安全福教授、耶鲁大学Menachem Elimelech教授、华中科技大学赵强教授报告了一种纳米反应器限域结晶策略，该策略可在温和条件下快速、卷对卷地制造高性能超薄（25 nm）MOF 混合膜（0.33 m × 35 m）。该策略利用金属螯合聚多巴胺纳米粒子作为反应器，生长出具有分层聚合物-MOF互连结构的膜，从而提高了膜对氯和不同pH值的稳定性、精确的溶质-溶液选择性和高透水性。所制备膜的坚固性有助于将其组装成螺旋缠绕式膜组件（0.4 平方米），在相关的溶质-溶液分离（如药品净化和染料脱盐）中显示出卓越而稳定的分离性能（测试时间大于 30 天）。纳米反应器限域结晶策略与多种 MOFs 兼容，为其膜的可扩展制造和应用铺平了道路。相关研究成果以题为“Roll-to-roll fabrication of large-area metal–organic framework-based membranes for high-performance aqueous separations”发表在《Nature Water》上。浙江工业大学计艳丽为本文第一作者，浙江工业大学为本文第一单位。

　　作者将多巴胺（DA）、哌嗪（PIP）和Zn（NO 3） 2溶解在水-乙醇混合溶剂中，并将溶液涂覆到聚砜超滤（PSF-UF）膜上（图1a，步骤（1）），然后，将Zn 2+-PDPM浸入2-甲基咪唑（Hmim）乙醇水溶液中（步骤(2)），ZIF-8结晶被Zn 2+螯合颗粒限制（附图1b），Zn 2+-PDPM转化为ZIF-8-PDPM。最后，在正己烷溶液中用三甲基甲酰氯（TMC）处理新生的ZIF-8-PDPM，TMC交联未反应的胺基团，增强膜的稳定性。

　　ZIF-8-PDPM 由密集堆积的纳米粒子组成，尺寸小于20nm（图1a,b）。在碱性条件下 DA 聚合过程中，初级聚多巴胺核易于聚集，形成相对较大的颗粒和较厚的涂层。如图2c所示，添加的PIP与DA反应，促进成核并稳定PDP核，从而在支撑基板顶部产生

　　ZIF-8-PDPM与其前体Zn 2+-PDPM相比，表现出更敏锐的溶质-溶质选择性（图3a）和更高的水渗透性（图3b）。与文献相比，ZIF-8-PDPM 在染料脱盐方面的性能优于最先进的膜（图 3c），同时在盐浓度、氯降解、进料 pH 值、操作时间和压力等各种操作条件下都能保持稳定的性能和形态。ZIF-8-PDPM 的截断能力强、透水性高、稳定性好，因此在实际应用中很有吸引力（图3d）。经过ZIF-8-PDPM过滤约6小时后，进料中PC的浓度从0.05gl−1大幅增加至约0.9gl−1（图3f），PC回收率达到约96%。ZIF-8-PDPM 的高性能归因于分层多孔结构的存在：ZIF-8 内在孔隙和“晶体-晶体”界面通道（图3g）。非平衡 MD 模拟进一步证实上述结论（图3h）。

　　NCC方法非常适合大规模制造基于MOF的膜，因为（1）它能够在温和条件下在短时间内合成膜（图1a），（2）合成可以在垂直方向上完成和（3）它生产的柔性膜具有坚固的微观结构（图4a）和分离性能，可以承受恶劣的处理条件，例如被卷起或弄皱。NCC制成的膜的柔韧性源自于相互缠绕的聚多巴胺-MOF网络和小型MOF晶体。为了证明NCC的放大潜力，设计了卷对卷工艺来放大基于ZIF-8的膜的制造。

　　作者将一卷PSf-UF支撑物(0.33m×35m)固定到电子滚筒上，拉过五个连续的浴（DA–PIP-Zn 2+溶液、水、Hmim溶液、TMC溶液和水，按顺序）并进行热处理（图4b）。这个过程导致了ZIF-8-PDPM的连续制造（图4c、d）。从随机位置切割八块所得的ZIF-8-PDPM并进行测试。它们的形貌、厚度和分离性能都接近于批量生产的ZIF-8-PDPM（图1b）。ZIF-8-PDPM的灵活性允许制造螺旋缠绕模块（图4e）。ZIF-8-PDPM模块的分离性能（水渗透率为∼100lm −2h −1每棒，RPC和RSucrose分别为∼98%和∼20%）与平板对应物相当（图3a-c)和图1b中由ZIF-8-PDPM制成的模块。重要的是，膜组件在30天的连续测试中保持稳定（图4f），并且通过ICP-MS在渗透液中没有检测到Zn2+。值得注意的是，在清洁连续过滤PC/蔗糖或CR/盐混合物期间结垢的ZIF-8-PDPM模块后，其分离性能完全恢复。稳定的性能归因于TMC交联和MOF-聚合物混合结构赋予ZIF-8-PDPM微观结构硬度。

　　这项工作利用超薄金属配位聚多巴胺膜中的限域MOF结晶，实现了大面积MOF基膜和模块的连续制造，该膜和模块具有良好的灵活性、稳定性和尺寸接近的溶质的精确分离。MOF基膜的NCC制造速度快，在环境条件下完成，所得膜表现出高结晶度、良好的稳定性和分层通道。这些功能非常适合高性能溶质-溶质分离。通过使用卷对卷方法和螺旋卷式膜组件组装等工业工艺，证明了采用NCC工艺的MOF基膜的放大潜力。所得膜组件表现出较高的分离性能和稳定的运行，表明其大规模使用的可行性。NCC策略与多种MOF兼容，为基于MOF的膜的可扩展制造和实际应用开辟了一条新途径。