杨维慎Angew：一种单相共价有机骨架交错堆积的纳米片膜用于CO2选择性分离

Nanoyu

2021-07-20

二维共价有机骨架（2D COFs）具有永久的孔隙率、轻质的骨架、良好的稳定性和易于定制的功能，被认为是潜在的气体分离膜候选材料。然而，其孔径通常大于普通气体分子的运动直径。一个巨大的挑战是制造单相COF膜以实现精确的气体分离。

近日，中科院大连化物所杨维慎研究员，Yuan Peng报道了提出了三种不同微孔尺寸的b-酮胺型2D COFs，即TpPa-1、TpPa-2和TpHz（Tp=1,3,5-三甲酰基间苯三酚，Pa-1=苯-1,4-二胺，Pa-2=2,5-二甲苯-1,4-二胺，Hz=联氨）来剥离成纳米片，制备出具有交错堆积模式的单相COF纳米片膜。

文章要点

1）TpPa-1、TpPa-2和TpHz的理论孔径分别为1.8 nm、1.5 nm和1.3 nm。这些单相COF膜没有气体选择性。而一旦p-p层间相互作用被打破，就实现了剥离，获得了大长径比（>1600）的COF纳米片。

2）将纳米薄片组装在多孔的α-Al₂O₃衬底上，形成超薄薄膜。研究发现，这些紧密堆积的COF纳米薄片膜不是通常意义上的小H₂分子的选择性通过，而是根据表面扩散机制表现出对CO₂的选择性渗透。具有中等孔径的TpPa-2纳米片膜表现出最佳的CO₂/H₂分离性能，CO₂透过率为328 GPU，很好地达到了合成气分离的膜性能指标。

这项工作有望为针对特定气体高效分离的新型COF膜的开发铺平道路。

参考文献

Pengyuan Wang, et al, Single-Phase Covalent Organic Framework Staggered Stacking Nanosheet Membrane for CO₂-Selective Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI：10.1002/anie.202106346

https://doi.org/10.1002/anie.202106346