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03
2026
-
03
Angew: 溶剂驱动自组装，突破COF膜规模化制备与机理认知瓶颈
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一、背景：COF膜性能优异，却难以“做大”
离子分离膜在高盐废水处理、锂资源提取、稀土回收及电化学储能等领域具有重要作用。然而，传统聚合物离子交换膜（IEM）与功能化PIM膜普遍面临“通量–选择性权衡”问题：柔性链结构易吸水膨胀，降低离子选择性；亚纳米通道虽可增强筛分效应，却提高了离子传输能垒。相比之下，共价有机框架（COF）膜凭借刚性骨架与规则孔道结构，不易膨胀，同时具备低能垒传输通道与可调化学环境，已被证明能够突破传统膜的性能瓶颈。然而，COF膜的规模化制备始终面临挑战：COF粉体本身不溶，难以溶液加工；纳米片产率低、组装可控性差；单体扩散与晶化过程难以**调节；这使得COF膜难以从实验室走向大规模应用。
二、创新：提出“溶剂介导组装（SMA）”新策略
近日，中国科学技术大学徐铜文院士、李兴亚教授团队提出一种溶剂介导组装（SMA）策略，实现了大面积、自支撑COF膜的一步法合成。核心创新包括：
1. 利用单体可溶性实现均相反应调控
虽然COF粉体不溶，但构筑COF的胺与醛单体可溶于混合溶剂体系，形成均相反应环境。通过调控溶剂–单体相互作用，实现对：成核、晶体生长、延伸、组装全过程的**控制。
2. 原位可视化揭示动态形成机制
借助原位加热液相透射电镜，**可视化观察溶剂介导的：成核、晶化、延伸、膜层组装过程，并结合多尺度模拟解析溶剂在降低反应活化能与调控热力学/动力学行为中的关键作用。
3. 实现大规模自支撑膜制备
膜面积达 ~2400 cm²
拉伸强度约 ~65 MPa
兼具高均一性与高结晶度
同时适用于阳离子与阴离子COF体系，展现出良好的普适性。
三、意义：为COF膜走向工业应用铺路
该研究不仅解决了COF膜“做不大”的难题，更深化了对其形成机制的理解。
1. 突破规模化制备瓶颈
SMA策略实现大面积、自支撑COF膜的一步合成，为工业放大提供可行路径。
2. 揭示溶剂在晶化与组装中的核心角色
建立从分子溶剂化到晶体组装的跨尺度机制认知，为未来材料设计提供理论基础。
3. 同步提升通量与选择性
所制备膜在高盐水回用与稀土分离中表现出优异的离子选择性与通量，实现性能协同优化。
4. 推动COF膜走向实际应用
具备规模化、强度高、结构可调等特性，使COF膜在分离、能源转化与储能领域更具产业化潜力。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/e-r_Q6omngpAS7Brqp3H3A
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