新闻资讯
NEWS CENTER
08
2026
-
06
Small：从晶态设计到选择性传质：COF膜在气体分离中的新进展
作者：
研究背景
传统的气体分离技术（如化学吸收、低温精馏、变压吸附）虽然成熟，但普遍存在能耗高、投资大等问题。膜分离技术因其模块化、占地面积小和本质上的能源效率而受到广泛关注。
然而，目前主流的商业化膜材料仍以无定形聚合物为主，其分离性能受到“渗透性-选择性相互制约”这一根本性限制。这种限制源于聚合物基质内部的无序结构，气体分子通过随机分布的自由体积元素进行扩散，无法实现*的分子筛分。
与之形成对比的是，晶态多孔材料（如沸石、金属有机框架材料，MOFs）提供了*、空间上*限定的纳米通道，但它们在制备成高性能膜时，往往受限于晶间缺陷、加工性差或化学稳定性不足等问题。
共价有机框架材料（COFs）作为一类新兴的晶态多孔聚合物，在近年来展现出独特的优势。COFs由轻元素通过共价键组装而成，兼具了分子级的结构精度和广泛的可调性。其规整的孔道结构和可定制的化学环境，为精细调控气体分子的传输路径、实现*分离提供了理想平台。
尽管COF膜的研究取得了令人鼓舞的进展，但现有综述多集中于制备方法或应用总结，对于“材料的内在结构如何决定分离性能”这一核心问题关注较少。因此，该综述旨在从“结构-传输关系”这一独特视角出发，阐明COF的晶态孔结构、化学环境与气体传输行为之间的内在关联，从而推动COF膜从概念验证走向实际应用。
本文摘要
共价有机框架（COFs）是一类新兴的晶态多孔材料，具有*定义的结构和可调的化学性质，为下一代气体分离膜提供了巨大的潜力。本综述从以材料为中心的视角出发，聚焦于COF基膜，重点阐述框架设计如何决定分子传质行为。讨论了COF合成中关键的结构-性能关系，强调了结晶度和化学功能性在调控选择性传输中的作用。从框架有序性、孔道取向性和可规模化角度，对近期合成方法的进展进行了比较。随后，回顾了COF膜制备技术的发展历程——从混合基质膜到原位生长膜和自支撑膜，重点关注了界面工程、机械稳定性和取向控制。文章总结了基本的传质机制，以建立孔道化学与分离性能之间的联系。重点介绍了COF膜在CO₂和H₂分离中的应用进展，这些膜已实现了超过Robeson上限的*高渗透性和选择性。最后，指出了关键挑战，包括缺陷控制、机械鲁棒性、可规模化制造以及在实际条件下的长期稳定性，并展望了面向工业化应用的发展方向。通过整合框架化学、膜结构和传输机制，本综述确立了COFs作为节能气体分离的多功能平台，并为晶态膜材料提供了通用的设计原则。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/M8W6VRpSrBeLC2zkZwBlpA
相关新闻
