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12
2026
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01
KAUST赖志平教授：高强度共轭聚合物骨架膜用于超快和精确分离！
作者：
研究背景和内容
具有分子识别能力和可大规模加工性能的纳米多孔碳基材料，在有机溶剂纳米过滤领域作为下一代可持续膜具有巨大潜力，这种技术是一种比传统分离方法更节能的替代方案。然而，同时实现高选择性和超快溶剂渗透率仍然挑战性，因为难以制造具有长程有序结构的薄膜以及以分子级精度设计微结构。
在此，本文报告了超薄、结晶态三聚苯并咔唑基共轭聚合物框架（TPC–CPF）膜的设计和晶片级制造，这些膜具有完全π共轭的碳骨架和良好的机械强度，超过了其他碳基膜。
研究要点
要点1.本文报告了通过超平坦、单晶Cu(111)表面成功合成出超薄、晶片级的CPF膜，这些膜具有内在的1D有序纳米孔。TPC–CPF膜在恶劣溶剂和高温环境下具有强大的机械、化学和热稳定性，能够在工业条件下实现99%以上的均匀贵金属催化剂的长期回收和再利用。此外，TPC–CPF膜的孔径可调性有助于连续和级联分离复杂的药物混合物，其分离效率比商业膜高出14至32倍。
要点2. 研究表明，得益于由刚性二炔连接物桥接的一维有序通道，TPC–CPF膜实现了的分子筛分，具有**未有的渗透率，超过了目前先进的有机溶剂纳米过滤膜，并在相当的分子量截留值下比商业产品高出两个到三个数量级。这些发现使TPC–CPF膜成为在化学要求严格的工业环境中实现可持续、高精度分离的变革性平台。
图1：TPC-CPFCu（111）薄膜的制备与形貌表征。a，在Cu（111）/蓝宝石（0001）衬底上的TPC-CPF膜的合成过程的示意图。b， TPC-CPF晶体结构中的单个孔的顶视图和侧视图。c、d，在（左）和（右）TPC-CPF生长之前（左）和之后（右）的2英寸比例的Cu（111）/蓝宝石（0001）衬底的数字照片（c）和AFM图像（d）。e，转移到SiO2/Si基材上的2英寸比例的TPC-CPFCu（111）膜的数字照片。f， TPC-CPFCu（111）膜的形貌AFM图像（上）和相关的高度轮廓（下）。g，支撑在多孔PAN基材上的TPC-CPFCu（111）膜的横截面SEM图像。h， TPC-CPFCu（111）膜的抗弯曲性测试（上部照片）和180°屈曲后表面形态的SEM图像（下部SEM图像）。
图3：TPC-CPF薄膜的力学性能。a，不同厚度的TPC-CPFCu（111）薄膜的力-位移曲线，在恒定的压痕速率下测量。b，不同厚度TPC-CPFCu（111）薄膜的杨氏模量和面内弹性模量。c，不同铜衬底上生长的TPC-CPF薄膜的杨氏模量和面内弹性模量。d，e，在不同力的重复加载和卸载循环下，70-nm厚TPC-CPFCu（111）膜的力-位移曲线（d）和相应的AFM形貌图像（e）。f，生长在不同铜基底上的TPC-CPF膜的力-位移曲线，测试破裂。g，与现有技术的膜材料相比，TPC-CPF膜的杨氏模量作为断裂强度的函数的图。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/CtZO7mNzFdOMGRegZN5v-w?scene=1&click_id=12
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