分离过程在化学工业中占据着至关重要的地位。实现高效分离以获得高纯度的化工产品，已成为全球能源和环境领域的研究热点。近年来，膜分离技术经迅猛发展，为解决各类重要的分离难题提供了创新解决方案。但由于分子动力学直径间的细微差异，合理设计用于乙烯/乙烷和烟气分离的高性能分子筛膜仍是迄今为止的重大挑战。

应对上述挑战的一个潜在解决方案是设计具有与客体分子电子相互作用的选择性识别位点。比如，不饱和金属离子能够与富含π电子的分子（如C₂H₄和CO₂）选择性π络合，从而促进其在孔道内的扩散。除孔道微环境外，结构调控（例如晶界结构、晶体取向和厚度）是优化MOF膜分离性能的另一关键因素。高度取向超薄MOF膜通常表现出优异的分离性能，因为其同时最小化了非选择性晶界缺陷和扩散路径。然而，如何将π络合微环境与取向超薄的介观结构相耦合仍存在诸多技术挑战。

近日，大连理工大学的刘毅教授团队通过纳米片晶种制备、取向晶种单层沉积和配位调节外延生长，制备得到了高度c-轴取向且厚度小于100 nm的Cu离子锚定NH₂-MIL-125（Cu@NH₂-MIL-125）膜。基于孔道微环境和介观结构协同调控，在降低晶间界缺陷密度的同时，构筑了精准筛分通道，显著提升了气体分离性能。

微观尺度上，Cu离子锚定在配体中的-NH₂基官能团上，这促进了孔道与C₂H₄和CO₂的π络合相互作用。介观尺度上，采用乙酰丙酮铜作为生长调节剂对超薄Cu@NH₂-MIL-125纳米片和取向超薄膜的形成至关重要。由于Cu²⁺和Ti⁴⁺在与NH₂-BDC配体的配位方面存在竞争，通过在前驱体溶液中添加Cu²⁺，Ti₈O₈(OH)₄(COO)₁₂(NH₂)₆次级建筑单元的浓度等效降低，抑制了NH₂-MIL-125晶体垂直于（001）晶面方向的生长速率，从而形成了超薄Cu@NH₂-MIL-125纳米片晶种。同样，外延生长过程中，在生长液中引入Cu离子能够有效抑制孪晶的形成；同时结合单模微波辅助加热，进一步抑制了晶体沿着垂直方向的生长，最终得到了取向超薄膜。

上述多尺度结构优势使得Cu@NH₂-MIL-125膜在C₂H₄/C₂H₆和CO₂/N₂分离方面表现出色。其中，C₂H₄/C₂H₆选择性接近13.6，是未经修饰NH₂-MIL-125膜的9.4倍；此外， CO₂/N₂选择性达到43.2，CO₂渗透率高达696 GPU，远超过其他纯MOF膜的分离性能上限。上述多尺度结构优化策略为提高不同分子筛膜的分离性能提供了新思路。