Perfect confinement of crown ethers in MOF membrane for complete dehydration and fast transport of monovalent ions

二价 离子 选择性 渗透 化学 离子运输机 冠醚 脱水 无机化学 分析化学(期刊) 色谱法 有机化学 催化作用 生物化学
作者
Tingting Xu,Bin Wu,Wenmin Li,Yifan Li,Yanran Zhu,Fangmeng Sheng,Qiuhua Li,Liang Ge,Xingya Li,Huanting Wang,Tongwen Xu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (19): eadn0944-eadn0944 被引量:88
标识
DOI:10.1126/sciadv.adn0944
摘要

Fast transport of monovalent ions is imperative in selective monovalent ion separation based on membranes. Here, we report the in situ growth of crown ether@UiO-66 membranes at a mild condition, where dibenzo-18-crown-6 (DB18C6) or dibenzo-15-crown-5 is perfectly confined in the UiO-66 cavity. Crown ether@UiO-66 membranes exhibit enhanced monovalent ion transport rates and mono-/divalent ion selectivity, due to the combination of size sieving and interaction screening effects toward the complete monovalent ion dehydration. Specifically, the DB18C6@UiO-66 membrane shows a permeation rate (e.g., K+) of 1.2 mol per square meter per hour and a mono-/divalent ion selectivity (e.g., K+/Mg2+) of 57. Theoretical calculations and simulations illustrate that, presumably, ions are completely dehydrated while transporting through the DB18C6@UiO-66 cavity with a lower energy barrier than that of the UiO-66 cavity. This work provides a strategy to develop efficient ion separation membranes via integrating size sieving and interaction screening and to illuminate the effect of ion dehydration on fast ion transport.
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