Turing covalent organic framework membranes via heterogeneous nucleation synthesis for organic solvent nanofiltration

纳滤 共价有机骨架 共价键 化学工程 单体 堆积 成核 材料科学 高分子化学 化学 有机化学 聚合物 生物化学 工程类
作者
Fan Yang,Jing Guo,Chengzhe Han,Junhui Huang,Zhiwei Zhou,Shi‐Peng Sun,Yanqiu Zhang,Lu Shao
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (50)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adr9260
摘要

Although covalent organic frameworks (COFs) demonstrate notable potential for developing advanced separation membranes, contemporary COF membranes still lack controlled stacking and highly efficient sieving. Here, Turing-architecture COF membranes were constructed by engineering a reaction-diffusion assembly process via heterogeneous nucleation synthesis with tannic acid (TA). TA covalently binds with amine monomers to form a composite precursor with increased reactivity and decreased diffusivity. This altered the pathway of Schiff base reactions with aldehyde monomers, fulfilling suitable reaction-diffusion conditions, and ultimately formed the labyrinthine stripe or spot-patterned Turing COF film with controlled stacking and uniform pore structure. This endows our COF membrane with highly efficient molecule sieving ability for organic solvent nanofiltration while exhibiting a flux that is 621% greater than that of commercial membranes. Thus, this study provides a paradigm for the in situ synthesis of highly efficient COF membranes for diversely sustainable separations.
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