碳分子筛CMS（carbon molecular sieve）膜具有让人印象深刻的优异分离作用，与微孔分子筛（<2 nm）相比，碳分子筛中含有超微孔结构（<0.7 nm）。但是目前人们对碳分子筛的化学结构、形貌变化规律都缺乏足够认识，因此需要进行深入理解。

有鉴于此，佐治亚理工学院William J. Koros等由PMDA/PPDA（其中PMDA=均苯四甲酸二酐, PPDA=对苯二胺）出发，合成了结构最为简单的聚酰亚胺(polyimide)，并且在不同煅烧温度进行结构表征，给出了碳分子筛的关键结构。

通过¹⁵N标记对苯二胺作为原料合成，作者具体通过FTIR、固体¹⁵N-NMR核磁、固体¹³C-NMR核磁、XPS、XRD、Raman光谱等表征技术对其不同温度煅烧过程的变化，解释了碳分子筛的形成过程和关键结构。

本文要点：

（1）

作者通过非常详细的表征技术，验证从不同前驱分子出发合成CMS碳分子筛，通过芳基化反应过程，都产生类似的芳香吡啶、吡咯、石墨、吡啶酸等官能团。

虽然合成的碳分子筛形貌与前驱分子、热处理温度有关，因此通过芳基化结构的形状和长度，引入能够在低温中消除的官能团（比如CH₃基团、一些骨架结构中的弱键合结构比较容易从骨架上消除）能够很好的对碳分子筛进行结构调控。

（2）

通过对CMC结构调控，能够改变CMC的气体分离性能，作者能够从“Strands”、“plates”、 “cell”几种结构对前驱分子的结构进行区分和理解。同时有利于理解CMC膜的老化现象，有利于发展从非聚酰亚胺前驱分子出发构建新型CMC材料。

参考文献

Wulin Qiu, Johannes Leisen, Zhongyun Liu, Wenying Quan, William J. Koros,* Key Features of Polyimide-Derived Carbon Molecular Sieves, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202106740

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202106740