吉林大学杨英威AS综述：用于膜分离的共价有机框架

纳米人

2025-04-16

研究背景

近年来，具备可切换润湿性、耐溶剂性和优异韧性的膜材料逐渐成为分离应用中的新兴选择。然而，目前膜材料在实际应用中仍面临诸多挑战，如机械强度有限、化学稳定性差以及膜制造过程中可能出现的结构缺陷等。这些问题制约了其广泛应用。共价有机框架（COFs）作为由有机小分子通过共价键连接而成的晶态材料，凭借其高孔隙度、优异的稳定性以及可定制的功能等特性，为解决这些难题提供了全新的思路。

研究概述

吉林大学化学学院杨英威教授团队系统综述了COFs基膜材料在分离领域的应用与前景。COFs材料在膜分离中展现出优异的性能，特别是在气体分离、油水分离和有机溶剂纳滤领域。文章回顾了COFs膜的制备策略，包括界面聚合、逐层组装以及原位生长等，并深入探讨了这些方法对膜的厚度和分离性能的影响。此外，文中还展望了COFs膜分离技术的未来发展方向，并指出了当前研究中面临的挑战与机遇。    

图1. 热力学过程、动力学过程和分子筛分的传输机制图。

作者们首先综述了界面聚合法能够制备出稳定且高强度的COFs膜，适用于气体分离和水处理；逐层自组装法通过精确调节每层材料的功能基团，实现对膜厚度和性能的精确控制；原位生长法在基底上直接生长COFs膜，适合高性能分离应用。这些合成方法赋予COFs膜优异的分离效率、机械强度和溶剂稳定性，并能根据不同应用需求灵活调节膜的厚度，以优化其分离性能。接着，结合最新的研究结果，作者们还分析了COFs膜在分离过程中的优势。这些优势包括高孔隙率、优异的化学稳定性、可调孔径和大比表面积等特性，使得COFs膜在多种分离领域展现出广泛应用潜力。然而，作者们也指出，COFs材料在膜分离技术中的应用仍面临一些挑战，诸如大规模制备技术难题和低成本材料的缺乏等。未来的研究应重点关注优化膜的结构与孔隙调控策略，探索新型材料合成方法，并推动COFs膜在实际分离中的应用。此外，作者们强调了调控三种分离机制对COFs膜材料性能的重要性，并展望了该技术的未来发展方向，提出了当前研究中的机遇与挑战。    

期刊简介

Advanced Science 是Wiley旗下创刊于2014年的优质开源期刊，发表材料科学、物理化学、生物医药、工程等各领域的创新成果与前沿进展。期刊为致力于最大程度地向公众传播科研成果，所有文章均可免费获取。被Medline收录，PubMed可查。最新影响因子为17.521，中科院2021年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。