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哈工大邵路教授團(tuán)隊(duì) Matter:高效離子/分子分離的共價有機(jī)框架膜
2024-02-22  來源:高分子科技

  隨著全球氣候的逐漸惡化和化石資源的枯竭,可持續(xù)發(fā)展的觀念變得越來越重要。在過去的幾十年里,膜技術(shù)因其節(jié)能、分離效率高和易于操作等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展。然而,由于孔隙缺乏有序性和可調(diào)節(jié)性,傳統(tǒng)的聚合物膜已經(jīng)無法滿足當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中的分離需求。新型多孔材料的出現(xiàn)在理論上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)聚合物的缺點(diǎn),共價有機(jī)框架(COF)便是其中一種。COF是由有機(jī)連接體通過可逆的共價鍵連接形成的,由于其共價鍵的周期性排列而具有有序的孔結(jié)構(gòu),均勻的孔徑以及高孔隙率。此外,COF的化學(xué)幾何結(jié)構(gòu)取決于單體的幾何結(jié)構(gòu)以及單體間的共價鍵,因此具有不同孔徑的COF可以通過改變單體的化學(xué)幾何形狀來控制。同時不同的官能團(tuán)可以引入到COF結(jié)構(gòu)中使膜表現(xiàn)出不同的功能,如表面電荷和親水性,進(jìn)一步的控制分離過程;COF膜的這些優(yōu)點(diǎn),其在膜分離領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的研究。



  近日,哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院教授、城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員邵路帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)總結(jié)了COF目前的研究現(xiàn)狀以及面臨的挑戰(zhàn),相關(guān)論文以《高效離子/分子分離的共價有機(jī)框架膜》(Engineering covalent organic framework membranes for efficient ionic/molecular separations)為題發(fā)表在《物質(zhì)》(Matter)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)為唯一通訊單位,邵路教授為唯一通訊作者團(tuán)隊(duì)張艷秋副教授和碩士生王浩為文章共同一作。


  該綜述首先介紹了面向膜構(gòu)建的COF的納米形態(tài)設(shè)計(jì),從單體的結(jié)構(gòu)出發(fā)討論了對稱以及不對稱的2D3D COF結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理。然后COF結(jié)構(gòu)中單體以及共價鍵的角度討論COF孔徑與層、親水性、表面電荷、結(jié)晶度以及穩(wěn)定性對于膜分離過程的影響。此外,綜述還總結(jié)了COF膜的合成/制備方法,包含COF混合基質(zhì)膜、界面聚合以及COF納米片堆疊,并分別對各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比。最后介紹了COF膜在氣體分離、水處理、有機(jī)溶劑納濾、燃料電池以及離子分離方面的應(yīng)用,為下一代COF膜提出了新的發(fā)展方向。 



  論文最后總結(jié)了COF膜目前面臨的挑戰(zhàn),包括COF成核以及生長機(jī)制的確定,無缺陷COF膜的大規(guī)模制備方法以及孔徑小于1 nm COF膜的制備等方面都迫切需要新的突破。針對這些挑戰(zhàn),文章進(jìn)一步指出開發(fā)新型COF膜的新策略,例如,通過計(jì)算的方法預(yù)測結(jié)構(gòu)和功能有助于COF形成機(jī)制的研究,通過3D打印的技術(shù)有望用于COF膜的制備過程等等。這些觀點(diǎn)的論述為COF膜領(lǐng)域的研究提供了相應(yīng)的指導(dǎo)并有助于激發(fā)創(chuàng)造性的研究。


  相關(guān)論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238524000493?dgcid=author


  邵路教授主頁:http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh 


  邵路教授團(tuán)隊(duì)長年招收優(yōu)秀生源快速響應(yīng)博士生,隨時申報,每月進(jìn)行一批!具體要求見:http://yzb.hit.edu.cn/2023/0609/c8824a313710/page.htm 

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