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27
2026
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04
Nat. Commun.: 把COF“缝起来”，溶剂开关驱动可自愈可回收气体分离膜
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背景
在氢能利用与工业气体分离中，实现H₂/CO₂等气体分离至关重要。然而，当前主流聚合物膜始终受限于经典的渗透性–选择性权衡，难以同时实现高通量与高选择性。二维层状膜（如COF纳米片膜）因其规则孔道与面内/层间协同传输，被认为是突破这一瓶颈的重要方向。但其实际应用仍面临几个关键障碍：缺陷敏感、机械脆弱、不可修复、难以回收。这些问题源于纳米片之间无序堆叠与弱相互作用，使膜在制备与运行过程中易产生裂纹与缺陷，从而严重影响性能与稳定性。因此，如何构建高强度、低缺陷、可修复且可循环利用的COF膜成为关键挑战。
创新
近日，东华大学廖耀祖、张卫懿研究员团队提出“分子缝合+溶剂开关驱动重构策略”，从分子层面重构COF膜结构：
动态共价“分子缝合”：引入小分子TREN作为“分子针线”，在COF纳米片边界形成动态共价连接；
溶剂开关调控路径：通过溶剂切换触发COF纳米片的解组装–重组装，实现结构在热力学控制下的重排；
缺陷自修复机制：动态共价键允许结构重构与应力释放，实现膜在形成过程中的“自愈”；
高强度结构构建：杨氏模量提升至19.68 GPa；相比传统COF膜提升近1000倍；
高性能气体分离：H₂渗透率高达3254 Barrer；H₂/CO₂选择性高达113；显著突破Robeson上限；
优异工程性能：抗塑化能力强；耐压>6 bar；实现膜–纳米片–膜循环重构，具备可回收性。
意义
该工作将“动态共价化学”引入COF膜构筑，实现了从结构到功能的升级。通过“分子缝合”策略，研究不仅解决了COF膜的缺陷与脆性问题，还赋予其自修复与可循环利用能力，显著提升材料的实际应用价值。更重要的是，溶剂开关驱动的结构重构机制，使膜材料具备类似“可编程”的特性，为未来智能材料设计提供了新思路。相比传统一次成型、不可逆的膜体系，这种动态结构为长期稳定运行与资源循环利用提供了可能。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/hkXkHe7c0HjhF7yrs9GAWQ
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