【东大新闻网8月14日电】（通讯员 殷聪聪）近日，东南大学能源与环境学院、环境功能高分子省高校重点实验室汪勇教授团队在国际期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表了题为《界面熵调控驱动共价框架膜结晶以实现精准离子分离》（Interfacial Entropy Drives Crystallization of Covalent Framework Membranes for Precise Ionic Separation）的研究性论文。东南大学能源与环境学院博士研究生刘凯为论文的第一作者，通讯作者为汪勇教授和至善博士后殷聪聪，东南大学为论文唯一通讯单位。
共价有机框架（COFs）具有孔道均一、比表面积高、骨架可设计、化学稳定性高等突出优势，是构建高性能离子分离膜的理想材料。相较于传统弱结晶或无定形COF膜，共价有机框架膜的高度结晶性质对于高效传质过程至关重要。然而，结构规整性与可加工性之间存在的固有矛盾，长期限制着COF膜的制备。过快聚合易导致单体无序聚集，形成低结晶或无定形结构，难以满足精准分离要求；而过度延长晶格重排时间以提高结晶度，则会使膜变脆，宏观连续性与机械稳定性下降，难以实现膜的大面积制备和实际应用。因此，如何在提高COF膜结晶度的同时保持良好成膜性与机械稳定性，仍是该领域的关键问题。
本研究提出界面熵调控COFs结晶策略，通过引入适量钠离子，利用离子－偶极相互作用有效限制单体自由度，使界面熵显著降低了326.9Jmol-1K-1。该策略使COFs从无序预成核聚集体转向有序的单体预组织，驱动反应路径从动力学捕获的直接聚合转变为热力学驱动的晶体生长。同时，二氯甲烷介导的单体扩散诱导COFs在致密层下方持续生长，形成由致密高结晶选择层与纤维状大孔支撑层组成的非对称膜结构。所制备的高结晶COF膜兼具优异的机械强度与长程有序的孔道特征，其BET比表面积高达1721m2g-1。得益于这些有序孔道，该膜在离子分离应用中表现出超快的Cs+渗透速率和高的Cs+/La3+选择性。研究表明，有序孔道降低了离子传输能垒，而孔壁与水合离子间的特异性相互作用进一步增强了离子分离性能。该工作揭示了界面熵调控在COF膜结晶过程中的关键作用，为高结晶COF膜的可控制备提供了全新思路，也为稀有金属离子分离及资源回收开辟了新的路径。
本研究得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的资助。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.4381894
供稿：能源与环境学院
（责任编辑：孙艳 审核：宋业春）
