國家納米科學(xué)中心研究員唐智勇和李連山團隊在有機小分子分離膜和單分子層膜研究領(lǐng)域獲得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果分別發(fā)表于《德國應用化學(xué)》和《納米快報》。
分離膜材料在許多領(lǐng)域具有重要的應用價(jià)值，在水體系中，其在海水淡化、污水處理等領(lǐng)域已實(shí)現商業(yè)化應用。但在有機體系中，分離膜材料應用滯后。芳烴和脂肪烴的膜分離是石油工業(yè)中的關(guān)鍵要求。由于缺乏能夠耐受有機溶劑、具有分子特異性且便于加工的膜材料，這項任務(wù)面臨重大挑戰。
為此，團隊采用混合單體制備共價(jià)三嗪框架膜的策略，通過(guò)將一個(gè)空間單體與一個(gè)平面單體共聚，微妙地調節孔徑和膜親和力，使得分子量較低的芳烴優(yōu)先于脂肪烴滲透，從而實(shí)現了芳烴和脂肪烴混合物的全液相分離。
“進(jìn)一步研究發(fā)現，分子尺寸篩選和滲透分子與膜之間的親和力協(xié)同效應，在分離這些相似的有機小分子中起著(zhù)關(guān)鍵作用。”論文共同第一作者、國家納米科學(xué)中心博士后劉璀靜說(shuō)，“該膜在實(shí)際操作條件下表現出優(yōu)異的穩定性，這為制備芳烴和脂肪烴選擇性膜提供了途徑，從而在解決膜技術(shù)分離有機小分子的問(wèn)題中邁出了重要一步。”
在另一項研究中，團隊采用界面預組裝聚合策略，合成了單分子層厚度的共價(jià)有機框架薄膜，用于研究其在有機溶液中的離子傳輸行為。
“通過(guò)反向電滲析從廢棄有機溶液中提取滲透能，是一種有前景的能源提取方式。”論文共同第一作者、國家納米科學(xué)中心博士生方慕楠說(shuō)，“這能重新利用工業(yè)廢物，并有助于滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的能源需求。”
研究人員發(fā)現，這種單分子層厚度的共價(jià)有機框架薄膜在有機溶液中呈現出電荷控制的離子傳輸行為。此外，這種超薄膜還具有高輸出功率密度以及良好的轉化效率和穩定性。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1002/anie.202320137
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c00768
（原載于《中國科學(xué)報》 2024-04-23 第1版 要聞）
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