Pore-in-Pore Engineering in a Covalent Organic Framework Membrane for Gas Separation

渗透 气体分离 纳米孔 共价有机骨架 共价键 选择性 材料科学 聚合 化学工程 纳米技术 化学 聚合物 有机化学 催化作用 复合材料 工程类 渗透 生物化学
作者
Hongwei Fan,Haoran Wang,Manhua Peng,Hong Meng,Alexander Mundstock,Alexander Knebel,Jürgen Caro
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (8): 7584-7594 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c12774
摘要

Covalent organic framework (COF) membranes have emerged as a promising candidate for energy-efficient separations, but the angstrom-precision control of the channel size in the subnanometer region remains a challenge that has so far restricted their potential for gas separation. Herein, we report an ultramicropore-in-nanopore concept of engineering matreshka-like pore-channels inside a COF membrane. In this concept, α-cyclodextrin (α-CD) is in situ encapsulated during the interfacial polymerization which presumably results in a linear assembly (LA) of α-CDs in the 1D nanochannels of COF. The LA-α-CD-in-TpPa-1 membrane shows a high H2 permeance (∼3000 GPU) together with an enhanced selectivity (>30) of H2 over CO2 and CH4 due to the formation of fast and selective H2-transport pathways. The overall performance for H2/CO2 and H2/CH4 separation transcends the Robeson upper bounds and ranks among the most powerful H2-selective membranes. The versatility of this strategy is demonstrated by synthesizing different types of LA-α-CD-in-COF membranes.
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