淡水資源短缺已成為全球性挑戰(zhàn)，膜蒸餾技術(shù)因高效處理高鹽廢水備受關(guān)注，但其應(yīng)用受限于傳統(tǒng)膜的潤濕失效與低效問題。傳統(tǒng)聚合物膜因孔徑不均、孔結(jié)構(gòu)無序，無法兼顧高抗?jié)櫇裥耘c高通量需求。共價(jià)有機(jī)框架（COF）材料憑借規(guī)整孔道和高孔隙率為突破提供了可能，但固有疏水性不足導(dǎo)致長期穩(wěn)定性差。
針對這一挑戰(zhàn)，中山大學(xué)田雪林團(tuán)隊(duì)提出氟化COF膜（TGTf膜）的設(shè)計(jì)，將氟化疏水界面與COF的納米通道結(jié)合，開發(fā)具有高抗?jié)櫇裥缘哪ふ麴s材料。通過C-F鍵將氟原子錨定于孔道內(nèi)壁，其疏水接觸角提升至97.4°。C-F鍵的極化效應(yīng)是疏水增強(qiáng)的核心機(jī)制——氟的高電負(fù)性通過抑制氫鍵形成削弱了膜-水相互作用。同時(shí)，1.60 nm的均一孔徑顯著提升液體突破壓力（LEP），有效抵御潤濕現(xiàn)象。密度泛函理論（DFT）模擬揭示，孔道內(nèi)F原子形成的負(fù)電勢區(qū)構(gòu)建靜電屏障，通過排斥鹽離子進(jìn)一步提升截鹽效率。分子動力學(xué)模擬進(jìn)一步證實(shí)，高氟化膜（Model 3）通過靜電排斥可降低離子遷移速率，從而將截鹽率提升至近100%。 性能測試顯示，TGTf膜在168小時(shí)連續(xù)運(yùn)行中保持195 L·m?2·h?1通量和99.80%截鹽率，顯著優(yōu)于商用聚四氟乙烯膜（通量衰減至26.95 L·m?2·h?1，24小時(shí)截鹽率驟降），創(chuàng)造了目前COF膜的MD運(yùn)行時(shí)間記錄。面對含CaSO?、腐殖酸或十二烷基硫酸鈉的復(fù)雜體系，其通量衰減率≤7.1%且截鹽率穩(wěn)定>99.84%，而商用聚四氟乙烯膜截鹽率最低跌至88.90%，展現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用潛力。此外，該團(tuán)隊(duì)更突破創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)材料閉環(huán)回收：酸性條件下亞胺鍵可實(shí)現(xiàn)動態(tài)斷裂，使得TGTf膜可控降解為TGCl和TfTa單體，核磁共振（NMR）證實(shí)TfTa可無損回收并直接用于再合成。這種"設(shè)計(jì)-應(yīng)用-回收"全周期方案，既解決傳統(tǒng)氟化材料難降解問題，又契合可持續(xù)發(fā)展理念，為開發(fā)下一代海水淡化膜提供了新的策略。
論文信息 Fluorinated Covalent Organic Framework Membranes with Robust Wetting Resistance for Durable Membrane Distillation Shuai Wang Lishuang Gui, Di Qiao, Meiling Tao, Shilin Huang, Xuelin Tian 論文第一作者中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生王帥。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202507913
