生態(tài)中心穩(wěn)定連接共價有機框架納濾膜研究取得進展

來源：【中國科學院】

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室蔡亞岐研究組通過Doebner反應構建了4-羧酸喹啉連接的共價有機框架QL-COFs，與環(huán)境水質學國家重點實驗室王軍研究組合作，利用QL-COFs對商品化納濾陶瓷膜管進行修飾，制備得到QL-COF納濾膜 ，并將其應用于有機分子及鹽的納濾篩分。近日 ，相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications ，DOI：10.1038/s41467-022-30319-2）上 。

共價有機框架（Covalent Organic Frameworks
，COFs）是新型的晶態(tài)多孔有機聚合物 ，近年來受到關注?？赡娣磻ǔ１徽J為是合成結晶COFs的必要條件 。然而，可逆反應生成的可逆共價連接化學鍵穩(wěn)定性較差，使COFs難以在實際應用環(huán)境中長時間保持晶態(tài)的多孔框架結構
。因此，開發(fā)新型有機縮合反應合成具有穩(wěn)定共價連接的COFs  ，對于拓展COFs結構和功能的多樣性及其應用頗為重要 。

利用亞胺的化學活性 ，蔡亞岐研究組巧妙地通過多組分Doebner反應構建了亞胺衍生4-羧酸喹啉連接的QL-COFs。Doebner反應具有可逆-不可逆順序的反應歷程，通過芳醛、芳胺和丙酮酸的三組分一鍋反應和亞胺COFs的合成后修飾均可構建高結晶度、高孔隙度的QL-COFs 。此方法不需要特殊的有機單體設計，理論上能夠推廣到大部分已報道的亞胺COFs中。材料表征發(fā)現，4-羧酸喹啉連接的QL-COFs具有良好的穩(wěn)定性 ，能夠耐受強酸強堿等。此外，相比于對應的亞胺連接COFs，QL-COFs的孔徑發(fā)生收縮，高密度羧基的分布顯著提升了QL-COFs的親水性。基于上述特點
，蔡亞岐研究組與王軍研究組合作
，運用QL-COFs對商品化剛玉陶瓷納濾膜管進行修飾
，制備了QL-COF膜材料 。納濾實驗發(fā)現 
，QL-COF膜對分子尺寸大于其孔徑1.4 nm的有機分子均可實現99%以上的截留率，尺寸排阻效應是其主要的分離機理
。同時 ，QL-COFs良好的親水性使納濾膜表現出高達850 L m-2 h-1 MPa-1的水通量，QL-COF納濾膜性能穩(wěn)定且能夠耐酸耐堿。電驅動的陽離子納濾篩分實驗表明 ，QL-COF膜對大尺寸陽離子Oct4N+、Dodec4N+同樣能夠實現高效納濾截留 。

該研究為新型穩(wěn)定連接COFs的設計合成提供了新思路，并為開拓COFs的應用提供了新參考。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃的支持 。

論文鏈接

（a）Doebner反應合成4-羧酸喹啉結構的反應機理；（b）通過Doebner反應分別以一鍋法和合成后修飾法構建4-羧酸喹啉連接的QL-COF-1/2。

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投稿時間
：2022-05-23  最后更新 ：2022-09-04