離子液體支撐膜是由支撐材料和離子液體兩部分構成的分離膜。由于離子液體具有化學性質穩定、難揮發以及對二氧化碳（CO₂）的溶解度高等優點，近年來，離子液體支撐膜已展示良好的CO₂選擇性分離，并且圍繞著如何制備兼顧高CO₂通量和高CO₂選擇性的離子液體分離膜開展了深入的研究。一方面，支撐材料對于離子液體支撐膜的分離性能影響**。例如，采用二維層狀材料（如氧化石墨烯ACS Nano 2018, 12, 5385、二硫化鉬J. Mater. Chem. A 2019, 7, 10041等），可以將離子液體限域在其片層之間，這些處于受限空間之中的離子液體對于CO₂的選擇性有著明顯的提高。然而，常規的二維層狀材料具有非常有限的面內孔，使得CO₂在膜中的傳輸主要經由其片層之間的間隙進行，這無疑增加了其傳輸路徑的長度，從而導致CO₂的通量仍有較大的提升空間。鑒于此，我們設計了一種具有大量面內微孔結構的二維層狀材料（二維Zr-Fc MOF納米片J. Mater. Chem. A 2019, 7, 15975）作為支撐材料，通過其中的面內孔來提供額外的CO₂通路，從而提高CO₂傳輸的通量。同時，限域在MOF微孔內的離子液體，確保了所制備的膜（Zr-Fc SILM）具有**的CO₂選擇性。另一方面，研究發現通過對離子液體支撐膜施加外場刺激（如電場、熱和光等），可以進一步地提高CO₂的通量。考慮到Zr-Fc MOF具有光熱性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 20321），因此，還可以通過外加光源刺激來進一步地提高CO₂通過Zr-Fc-SILM的通量。

圖1、a) Zr-Fc-SILM的SEM截面圖，b)不同氣體通過不同厚度的Zr-Fc-SILM膜的氣體通量。C)Zr-Fc-SILM膜與文獻報道的同類型離子液體支撐膜的CO₂分離性能比較。d)光調控CO₂和H₂通過Zr-Fc-SILM的通量及其相應的分離系數。e)光熱調控CO₂通過Zr-Fc-SILM的機理示意圖。

Zr-Fc MOF納米片具有豐富的面內微孔，可以克服傳統二維層狀材料面內孔缺失而導致的氣體傳輸路徑長等問題。因此，所制備的Zr-Fc-SILM具有**的CO₂分離性能。其中，厚度為460 nm的Zr-Fc-SILM的CO₂通量高達145.15 GPU，CO₂/N₂的分離系數高達216.9，同時兼顧了高CO₂氣體通量與CO₂選擇性，膜的整體性能超出了Robeson上線，且優于文獻報道的其他類似的離子液體支撐膜。Zr-Fc MOF具有光熱性能，在外加光源的刺激下，Zr-Fc MOF能將光能轉換成熱能，使Zr-Fc-SILM的溫度升高，導致CO₂在膜內的擴散速度變快，從而進一步地將CO₂的通量提升了35%。此外，Zr-Fc-SILM具有**的光熱穩定性，即使經過重復多次光熱調控，其氣體通量和相應的選擇性仍能回復到初始狀態。