国家纳米科学中心研究员唐智勇和李连山团队在有机小分子分离膜和单分子层膜研究领域获得新进展。相关研究成果分别发表于《德国应用化学》和《纳米快报》。
分离膜材料在许多领域具有重要的应用价值，在水体系中，其在海水淡化、污水处理等领域已实现商业化应用。但在有机体系中，分离膜材料应用滞后。芳烃和脂肪烃的膜分离是石油工业中的关键要求。由于缺乏能够耐受有机溶剂、具有分子特异性且便于加工的膜材料，这项任务面临重大挑战。
为此，团队采用混合单体制备共价三嗪框架膜的策略，通过将一个空间单体与一个平面单体共聚，微妙地调节孔径和膜亲和力，使得分子量较低的芳烃优先于脂肪烃渗透，从而实现了芳烃和脂肪烃混合物的全液相分离。
“进一步研究发现，分子尺寸筛选和渗透分子与膜之间的亲和力协同效应，在分离这些相似的有机小分子中起着关键作用。”论文共同第一作者、国家纳米科学中心博士后刘璀静说，“该膜在实际操作条件下表现出优异的稳定性，这为制备芳烃和脂肪烃选择性膜提供了途径，从而在解决膜技术分离有机小分子的问题中迈出了重要一步。”
在另一项研究中，团队采用界面预组装聚合策略，合成了单分子层厚度的共价有机框架薄膜，用于研究其在有机溶液中的离子传输行为。
“通过反向电渗析从废弃有机溶液中提取渗透能，是一种有前景的能源提取方式。”论文共同第一作者、国家纳米科学中心博士生方慕楠说，“这能重新利用工业废物，并有助于满足不断增长的能源需求。”
研究人员发现，这种单分子层厚度的共价有机框架薄膜在有机溶液中呈现出电荷控制的离子传输行为。此外，这种超薄膜还具有高输出功率密度以及良好的转化效率和稳定性。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1002/anie.202320137
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00768
（原载于《中国科学报》 2024-04-23 第1版 要闻）
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