8月5日消息，耶鲁大学Menachem Elimelech教授团队在arXiv发表研究，利用非均衡分子动力学模拟重新审视了本征微孔聚合物（PIM）膜的气体渗透机制，颠覆了长期主导该领域认知的溶液-扩散模型，为从分子层面理性设计气体分离膜提供了新的理论框架。 聚合物膜，特别是本征微孔聚合物（PIM），在气体分离领域前景广阔。然而，长期占主导地位的溶液-扩散模型将膜视为非孔均质介质，无法解析气体-固体原子相互作用如何控制分子在本征微孔中的传输，限制了自下而上的理性膜设计。 研究团队以PIM-1为代表体系，模拟了He、H2、CH4、N2、O2和CO2等多种气体在一系列温度下通过膜的渗透行为。通过分析气体渗透率与分子质量的标度关系，团队识别出由温度诱导的主导传输机制转变：弱相互作用或高温有利于努森型弹道传输，而强相互作用和低温则偏向吸附介导的表面扩散。 研究证明，这一转变由气体-壁面相互作用势能与热动能之间的竞争控制。分子轨迹分析揭示了膜界面处两种截然不同的进入路径：直接通过孔口进入，以及表面扩散辅助进入。表面扩散辅助路径极大促进强相互作用气体进入膜内，对整体渗透率有显著贡献，尽管这一增强效应随温度升高而减弱。这些发现为理解PIM膜中的气体渗透提供了机理性图景，也凸显了采用孔流视角理解微孔聚合物膜气体传输的重要性。 （来源：arXiv）