Precise Separation of Complex Ultrafine Molecules through Solvating Two‐Dimensional Covalent Organic Framework Membranes

选择性 分子 化学工程 共价键 纳米材料 化学 材料科学 溶剂 纳米技术 有机化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Xiansong Shi,He Li,Ting Chen,Junyu Ren,Wei Zhao,Bidhan Chandra Patra,Chengjun Kang,Zhaoqiang Zhang,Dan Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202421661
摘要

Isoporous nanomaterials, with their proven potential for accurate molecular sieving, are of substantial interest in propelling sustainable membrane techniques. Covalent organic frameworks (COFs) are prominent due to their customizable isopores and chemistry. Still, the discrepancy in experimental and theoretical structures poses a challenge to developing COF membranes for molecular separations. Here, we report high‐selectivity sieving of complex ultrafine molecules through solvating pore‐to‐pore‐aligned two‐dimensional COF membranes. Our structurally oriented membrane shows reversible interlayer expansion with intralayer shift in response to solvent exposure. This dynamic deformation induced by solvents leads to a reduction in the aperture of the membrane’s sieving pores, which correlates with the number of COF layers. The resultant membranes yield largely improved molecular selectivity to discriminate binary and trinary complex mixtures, exceeding the conventional COF membranes. The membrane’s robustness against solvents and physical aging permits extremely stable microporosity and reliable operation for over 3000 h. This exceptional performance positions our membrane as an alternative to enriching and purifying value‐added chemicals, such as active pharmaceutical ingredients.
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