Perfluoroalkyl Functionalized Superhydrophobic Covalent Organic Frameworks for Excellent Oil–Water Membrane Separation and Anhydrous Proton Conduction

无水的 共价键 材料科学 电导率 共价有机骨架 质子交换膜燃料电池 化学工程 质子 表面改性 纳米技术 有机化学 化学 物理 工程类 物理化学 量子力学 生物化学
作者
Shaodong Jiang,Hongyun Niu,Xiaoling Gu,Yaqi Cai
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202403772
摘要

Abstract Rapid economic development has led to oil pollution and energy shortage. Membrane separation has attracted much attention due to its simplicity and efficiency in oil‐water‐separation. The development of membrane materials with enhanced separation properties is essential to improve the separation‐efficiency. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are expected to replace conventional engines due to their high‐power‐conversion rates and other favorable properties. Anhydrous‐proton‐conducting materials are vital components of PEMFCs. However, developing stable proton‐conducting materials that exhibit high conductivity at varying temperatures remains challenging. Herein, two covalent organic frameworks (COFs) with long‐side‐chains are synthesized, and their corresponding COF@SSN membranes. Both membranes can effectively separate oil–water mixtures and water‐in‐oil emulsions. The TFPT‐AF membrane achieves a maximum oil‐flux of 6.05 × 10 5 g h −1 m −2 with an oil–water separation efficiency of above 99%, which is almost unchanged after 20 consecutive uses. COF@H 3 PO 4 doped with different ratios of H 3 PO 4 is prepared, the results show that the perfluorocarbon‐chain system has excellent anhydrous proton conductivity , achieving an ultra‐high proton‐conductivity of 3.98 × 10 −1 S cm −1 at 125 °C. This study lays the foundation for tailor‐made‐functionalization of COF through pre‐engineering and surface‐modification, highlighting the great potential of COFs for oil‐water separation and anhydrous‐proton‐conductivity.
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