静电分离技术在生物分离、能量转换和水处理中扮演着关键角色，其效率主要取决于分离材料的电荷密度和电荷保留能力。然而，传统方法如等离子处理或化学功能化虽能引入静电电荷，但往往产生弱且易受环境影响的静电场。此外，传统聚合物驻极体由于分子链运动导致电荷耗散配资一流股票配资门户，电荷密度低且保留能力有限。尽管引入介电纳米颗粒可改善性能，但如何在提高电荷密度的同时抑制电荷耗散，仍是实现稳定高效静电分离的重大挑战。
近日，北京理工大学王博教授、冯霄、Li Jie课题组提出了一种创新策略：通过将缺陷工程的沸石咪唑酯框架（ZIFs）嵌入聚合物基质，构建出高性能驻极体材料。该复合薄膜在静电极化后，不仅能显著提升电荷密度，还能有效抑制电荷耗散。其中，缺陷ZIF-8复合膜在14天后仍能保持97.4%的表面电位，对带正电的（LDL）吸附容量高达487.6 mg/g，且在血清中实现了63.5的高LDL/高密度脂蛋白（HDL）选择性，远超以往报道材料，同时具备优异的生物安全性。这一缺陷诱导的驻极体增强策略，为DNA纯化、锂提取及蛋白质分离等精密分离应用提供了新思路。相关论文以“Metal–Organic Frameworks with Enhanced Electret Capability for Selective Electrostatic Separation”为题，发表在
JACS上。
研究团队通过静电纺丝将ZIFs与聚丙烯腈（PAN）复合制成薄膜，并利用电晕极化进一步提升电荷密度。示意图显示，缺陷ZIFs通过增强偶极极化和形成具有高逃逸活化能的电荷陷阱，显著提升了驻极体性能。图中进一步比较了不同薄膜的静电性能：ZIF/PAN薄膜的表面电位显著高于PAN和ZnO/PAN薄膜，其初始和稳定电位分别达到1.51 kV和0.83 kV，分别是ZnO/PAN膜的3.4倍和3.7倍。此外，ZIF/PAN薄膜在高频下仍保持较高的介电常数，且热刺激去极化电流显示其具有更高的电荷逃逸活化能，说明ZIFs能有效促进电荷重新分布与稳定。
示意图1.缺陷工程ZIFs表现出增强的驻极体性能，归因于偶极极化和具有较高电荷逃逸活化能的电荷陷阱。
为进一步提升电荷保留能力，团队采用二甲酚橙 对ZIF-8进行不同时间的蚀刻，制备出缺陷ZIF-8-Eₓ系列材料。X射线衍射和氮气吸附测试表明，适度蚀刻（如6小时）可在保持晶体结构的同时引入额外微孔，而过度蚀刻则导致结构坍塌。XPS深度分析显示，缺陷主要分布在晶体表层，且N/Zn原子比从表面向内部递减。电性能测试中，ZIF-8-E₆/PAN薄膜表现出卓越的初始和稳定表面电位（1.95 kV和1.92 kV），分别是ZIF-8/PAN膜的1.3倍和2.3倍，且在14天内电荷保留率高达97.4%。其介电常数和电荷逃逸活化能也显著提升，说明表面缺陷引入了更深、更多的电荷陷阱，增强了极化与电荷保留能力。
图1.（a）PAN、ZnO/PAN和ZIF/PAN薄膜的初始和稳定表面电位。 （b）PAN、ZnO/PAN和ZIF/PAN薄膜在10³–10⁶ Hz频率下测量的介电常数。 （c）从PAN、ZnO/PAN和ZIF/PAN薄膜的热刺激去极化电流计算的电荷逃逸活化能。
图2.（a）ZIF-8和ZIF-8-Eₓ（x=1,6,8,12）的PXRD图谱。 （b）ZIF-8和ZIF-8-Eₓ的孔径分布；孔径分布计算模型为非局部密度泛函理论（NLDFT）模型。 （c）通过XPS谱在三个不同蚀刻深度确定的ZIF-8和ZIF-8-Eₓ的N/Zn原子比。 （d）ZIF-8/PAN和ZIF-8-Eₓ/PAN薄膜的表面电位衰减曲线；表面电位计算基于均匀电场公式。 （e）PAN、ZIF-8/PAN和ZIF-8-Eₓ/PAN薄膜在1 kHz和1 MHz下的介电常数。 （f）PAN、ZIF-8/PAN和ZIF-8-Eₓ/PAN薄膜的热刺激去极化电流曲线。
在实际应用测试中，团队将驻极体薄膜用于血清中LDL的选择性吸附。结果显示，所有薄膜均能有效吸附LDL且对HDL吸附极少，其中ZIF-8-E₆/PAN膜的吸附容量和LDL/HDL选择性分别达到487.6 mg/g和63.5，创下新高。吸附动力学符合拟一级模型，说明吸附主要由物理作用主导，与静电相互作用机制一致。在动态测试中，该膜更实现了516.0 mg/g的LDL吸附量和72.0的选择性，能满足冠心病重症患者的临床需求。此外，该膜还对甘油三酯（TG）具有75%的过滤率，且在不同温度下吸附性能均保持稳定。生物安全性评估表明，该材料无细胞毒性、不引起溶血、对血液成分影响极小，具备良好的生物相容性。
图3.（a）PAN、ZIF-8/PAN和ZIF-8-E₆/PAN薄膜对LDL的吸附容量（柱状）及相应的LDL/HDL选择性（点状），使用单一患者血脂样本测量。 （b）LDL在薄膜上的吸附动力学数据（虚线）及拟一级模型非线性拟合（实线）。 （c）本研究与以往文献中LDL/HDL选择性和LDL吸附容量的对比。 （d）PAN、ZIF-8/PAN和ZIF-8-E₆/PAN薄膜吸附后LDL的残余浓度，彩色区域对应不同患者的临床需求。 （e）吸附动力学测试中甘油三酯（TG）的初始与残余浓度。 （f）薄膜的抗凝活性。统计显著性表示为 0.01 < P < 0.05；P < 0.01；P < 0.001；ns表示P > 0.05。
综上所述，该研究通过引入刚性框架与可控缺陷，成功实现了电荷的再分布与稳定，并创建出具有高逃逸能的电荷陷阱，从而显著提升了驻极体的电荷密度与保留能力。这类材料在脂蛋白吸附等精密分离系统中展现出巨大应用潜力，为设计下一代静电吸附剂提供了重要理论与实践基础。
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