近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員唐智勇和李連山團(tuán)隊(duì)，在有機(jī)小分子分離膜和用于有機(jī)體系鹽差能轉(zhuǎn)化的單分子層共價(jià)有機(jī)框架（COF）膜研究方面取得進(jìn)展。有機(jī)小分子分離膜的相關(guān)工作以Regulating the Layered Stacking of a Covalent Triazine Framework Membrane for Aromatic/Aliphatic Separation為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。單分子層膜的相關(guān)工作以Boosting Osmotic Energy Harvesting from Organic Solutions by Ultrathin Covalent Organic Framework Membranes為題，發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

分離功能膜材料在諸多領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值，尤其是在水體系中的應(yīng)用。而相較于水體系，膜材料在有機(jī)體系中的應(yīng)用嚴(yán)重滯后。研究團(tuán)隊(duì)在前期分離功能膜材料在水體系鹽差能轉(zhuǎn)化和限域膜通道中納米流體輸運(yùn)機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索分離功能膜在有機(jī)體系中的應(yīng)用。

目前，異構(gòu)體、共沸物等有機(jī)小分子混合物分離、離子分離及其衍生的離子電子器件、生物膜通道和神經(jīng)擬態(tài)器件等是膜技術(shù)的科學(xué)前沿。其中，芳烴和脂肪烴的膜分離是石油工業(yè)中的關(guān)鍵要求。然而，由于缺乏能夠耐受有機(jī)溶劑、具有分子特異性且便于加工的膜材料，這項(xiàng)任務(wù)面臨較大挑戰(zhàn)。為此，該團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)采用混合單體制備共價(jià)三嗪框架膜的策略。將一個(gè)空間單體與一個(gè)平面單體共聚，能夠微妙地調(diào)節(jié)孔徑和膜親和力，使得分子量低于200道爾頓的芳烴優(yōu)先于脂肪烴滲透，從而實(shí)現(xiàn)了芳烴/脂肪烴混合物的全液相分離。研究發(fā)現(xiàn)，分子尺寸篩選和滲透分子與膜之間的親和力的協(xié)同效應(yīng)在分離這些相似的有機(jī)小分子中起關(guān)鍵作用。此外，該膜在實(shí)際操作條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。這種多功能共聚策略為制備芳烴/脂肪烴選擇性膜提供了可行的途徑，有望解決通過(guò)膜技術(shù)分離有機(jī)小分子的挑戰(zhàn)。

通過(guò)反向電滲析從廢棄的有機(jī)溶液中提取滲透能是有前景的能源提取方式。該團(tuán)隊(duì)采用界面預(yù)組裝聚合策略合成了單分子層厚度的COFs薄膜，用于研究其在有機(jī)溶液中的離子傳輸行為。這種超薄COF膜在有機(jī)溶液中呈現(xiàn)出電荷控制的離子傳輸行為。納米尺度限制效應(yīng)對(duì)分子間相互作用的影響，導(dǎo)致了溶液表觀粘度的變化，使得離子傳導(dǎo)率與溶液粘度倒數(shù)之間的關(guān)系偏離了經(jīng)典理論下的線性關(guān)系。此外，研究分析了這種超薄COF膜在有機(jī)系統(tǒng)中的鹽差能轉(zhuǎn)化，結(jié)果顯示在1000倍濃度梯度下，膜表現(xiàn)出超過(guò)84.5 W/m^2?的高輸出功率密度，且具有良好的轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性。這些發(fā)現(xiàn)為未來(lái)有機(jī)納流體研究和有機(jī)系統(tǒng)鹽差能轉(zhuǎn)化提供了理論指導(dǎo)。

研究工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）等的支持。?

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