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16
2026
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03
Science子刊：会“开关”的纳米孔，光控COF膜实现多级分离
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一、背景：多组分分离为何仍然高耗能？
在化工与生物医药领域，分离过程消耗了全球工业约60%的能源。传统蒸馏、萃取和结晶不仅能耗高、碳排放大，而且在处理多组分体系时往往需要多级流程。膜分离技术因低能耗和高安全性成为重要替代方案。然而，传统膜材料普遍存在两个问题：孔径固定，难以实时调节；多组分分离需串联多种膜，效率低、成本高。自然界提供了启示——植物叶片中的气孔可在光照下开闭调节，实现动态传输控制。这种“光控开关”机制，为构建可实时调节孔径的智能膜材料提供了生物灵感。
二、创新：光门控COF膜实现亚纳米**切换
近日，河南师范大学王键吉教授团队受植物气孔启发，构建了一种高含量偶氮苯修饰的光门控COF膜，实现孔径的可逆调控。核心创新包括：
1. *效率点击反应接枝
通过点击反应将偶氮苯单元稳定接枝至COF纳米通道壁：
偶氮苯含量高达53.5 wt%
接枝效率达98.5%
三唑键确保结构稳定
2. 光响应亚纳米孔径调节
在UV/可见光交替照射下，偶氮苯发生可逆trans–cis异构：
孔径在0.73–0.93 nm之间**切换
响应可稳定循环100次以上
3. 单膜实现多级分离
依靠动态孔径调控，单一膜即可实现工业大麻油中CBD、柠檬烯和叶绿素分级分离，模拟矿石中金、银、铁离子**筛分。无需更换膜材料，即可完成不同尺寸分子的高选择性分离。
三、意义：从“静态筛分”迈向“智能调控”
该研究的重要意义在于推动膜分离从固定结构走向智能响应：
1. 单膜多级分离，降低能耗与系统复杂性，减少多膜串联与工艺步骤。
2. 亚纳米尺度动态可控，实现精细分子筛分，为高附加值分子分离提供新方案。
3. 高稳定性与循环耐久性，稳定运行超过100次光开关循环，并保持长期分离性能。
4. 拓展应用场景，在高值药物提纯、精细化工分离、贵金属回收等领域具有潜在应用价值。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/TflewdQeO9wev7yYFTGKRw
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