近年來，具備可切換潤濕性、耐溶劑性和優(yōu)異韌性的膜材料逐漸成為分離應(yīng)用中的新興選擇。然而，目前膜材料在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如機(jī)械強(qiáng)度有限、化學(xué)穩(wěn)定性差以及膜制造過程中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷等。這些問題制約了其廣泛應(yīng)用。共價(jià)有機(jī)框架（COFs）作為由有機(jī)小分子通過共價(jià)鍵連接而成的晶態(tài)材料，憑借其高孔隙度、優(yōu)異的穩(wěn)定性以及可定制的功能等特性，為解決這些難題提供了全新的思路。
吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院楊英威教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)綜述了COFs基膜材料在分離領(lǐng)域的應(yīng)用與前景。COFs材料在膜分離中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，特別是在氣體分離、油水分離和有機(jī)溶劑納濾領(lǐng)域。文章回顧了COFs膜的制備策略，包括界面聚合、逐層組裝以及原位生長等，并深入探討了這些方法對(duì)膜的厚度和分離性能的影響。此外，文中還展望了COFs膜分離技術(shù)的未來發(fā)展方向，并指出了當(dāng)前研究中面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
圖1. 熱力學(xué)過程、動(dòng)力學(xué)過程和分子篩分的傳輸機(jī)制圖。
作者們首先綜述了界面聚合法能夠制備出穩(wěn)定且高強(qiáng)度的COFs膜，適用于氣體分離和水處理；逐層自組裝法通過精確調(diào)節(jié)每層材料的功能基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)膜厚度和性能的精確控制；原位生長法在基底上直接生長COFs膜，適合高性能分離應(yīng)用。這些合成方法賦予COFs膜優(yōu)異的分離效率、機(jī)械強(qiáng)度和溶劑穩(wěn)定性，并能根據(jù)不同應(yīng)用需求靈活調(diào)節(jié)膜的厚度，以優(yōu)化其分離性能。接著，結(jié)合最新的研究結(jié)果，作者們還分析了COFs膜在分離過程中的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括高孔隙率、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、可調(diào)孔徑和大比表面積等特性，使得COFs膜在多種分離領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用潛力。然而，作者們也指出，COFs材料在膜分離技術(shù)中的應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)，諸如大規(guī)模制備技術(shù)難題和低成本材料的缺乏等。未來的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注優(yōu)化膜的結(jié)構(gòu)與孔隙調(diào)控策略，探索新型材料合成方法，并推動(dòng)COFs膜在實(shí)際分離中的應(yīng)用。此外，作者們強(qiáng)調(diào)了調(diào)控三種分離機(jī)制對(duì)COFs膜材料性能的重要性，并展望了該技術(shù)的未來發(fā)展方向，提出了當(dāng)前研究中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。
WILEY 論文信息： Covalent Organic Frameworks for Membrane Separation Yuan-Hang Jin, Meng-Hao Li, Ying-Wei Yang* Advanced Science DOI:10.1002/advs.202412600
