3D covalent organic framework membrane with fast and selective ion transport

共价有机骨架 离子运输机 选择性 离子键合 磺酸 离子 共价键 化学工程 电导率 材料科学 离子电导率 化学 有机化学 高分子化学 电极 电解质 催化作用 物理化学 工程类 生物化学
作者
Tianhao Zhu,Yan Kong,Bohui Lyu,Li Cao,Benbing Shi,Xiaoyao Wang,Xiao Pang,Chunyang Fan,Chao Yang,Hong Wu,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41467-023-41555-5
摘要

3D ionic covalent organic framework (COF) membranes, which are envisioned to be able to break the trade-off between ion conductivity and ion selectivity, are waiting for exploitation. Herein, we report the fabrication of a 3D sulfonic acid-functionalized COF membrane (3D SCOF) for efficient and selective ion transport, using dual acid-mediated interfacial polymerization strategy. The 3D SCOF membranes possess highly interconnected ion transport channels, ultramicroporous pore sizes (0.97 nm), and abundant sulfonate groups (with a high ion exchange capacity of 4.1 mmol g-1), leading to high proton conductivity of 843 mS cm-1 at 90 °C. When utilized in osmotic energy conversion, a high power density of 21.2 W m-2, and a remarkable selectivity of 0.976 and thus an exceptional energy conversion efficiency of 45.3% are simultaneously achieved. This work provides an alternative approach to 3D ionic COF membranes and promotes the applications of 3D COFs in ion transport and separation.
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