氢气作为下一代最具发展潜力的能源之一，在减少碳排放方面发挥着重要作用。发展以膜分离为代表新一代绿色高效分离技术对于氢能应用的推广和促进碳中和目标的实现具有重要意义。

传统聚合物膜的发展受到通量和选择性之间的“trade-off”效应（即Robeson上限）的限制。而以二维金属有机骨架（MOF）为代表的多孔纳米片由于其纳米级厚度和面内多孔结构，成为构建高性能分离膜的理想候选材料。

然而，尽管越来越多的研究工作开始关注二维MOF膜在气体分离方面的应用，但很少有人研究在膜制备过程中MOF纳米片AA或AB堆叠方式对膜的气体分离性能影响的潜在机制。一方面，通过传统方法如真空过滤、旋涂所制备的膜很难调控纳米片的堆叠模式；另一方面，大多数二维MOF纳米片，如Zn₂(bim)₄，Cu-TCPP和MAMS-1，倾向于根据θ表现出多种堆叠模式（θ表示相邻纳米片的相对水平位置）。

近日，清华大学的王海辉教授和华南理工大学的魏嫣莹教授合作，以二维层状MOF材料[Cu₂Br(IN)₂]n为研究对象，通过对MOF纳米片堆叠模式的调控，实现了用于H₂/CO₂和H₂/CH₄分离的高性能超薄分离膜的构建。

由于[Cu₂Br(IN)₂]_n纳米片-Br基团的关键诱导作用，使得其片与片之间理论上只以AA或/和AB的模式堆叠。得益于这一独特结构，作者利用热滴涂的制膜方法，通过改变制膜温度并结合溶剂液滴的沸腾状态探究了不同温度下溶剂液滴的蒸发速率差异。而溶剂液滴的蒸发速率和沸腾状态导致了所制备的纳米片膜中AA和AB堆叠模式比例的不同，进而影响了膜的气体分离性能。

通过对机理的分析，作者确定了最佳的膜制备条件。在此条件下所制备的[Cu₂Br(IN)₂]n纳米片膜对H₂/CH₄和H₂/CO₂都表现出了较高的分离性能，超过了Robeson气体分离上限。

王海辉教授团队的研究为在不同沸腾状态下的溶剂液滴中纳米片的堆叠行为提供了新的视角，并为二维纳米片膜的基本组装过程提供了新的见解，丰富了二维MOF膜的结构和性能调控策略。所制备的[Cu₂Br(IN)₂]n纳米片膜代表了一种用于H₂分离的新方法，为支持实现可持续、碳中和的未来提供了一条潜在路径。