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05
2026
-
02
Angew:二维纳米片膜实现高效离子分离
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生物离子通道可通过孔道结构与微环境的协同作用实现高效离子识别。然而，构建具有精准目标离子识别能力的仿生离子筛分膜仍面临挑战。本文提出一种轮烷诱导堆叠法，用于制备集成离子识别亚纳米通道的共价有机框架（COF）膜。研究制备了二苯并冠醚轮烷型 COF（CRCOF）纳米片，并将其堆叠成膜。在轮烷单元与 CRCOF 纳米片间的 π–π 相互作用，以及轮烷的特异性离子识别能力驱动下，纳米片发生定向堆叠，形成具有识别位点的规整亚纳米通道。埃级孔径与特异性结合通道协同提升了目标离子的选择性，并降低其传输能垒。通过调控通道的离子识别能力，所得 CRCOF 膜在混合溶液中表现出优异的 Li⁺渗透速率（0.04 mol m⁻² h⁻¹，约为已报道聚合物膜的 5 倍）和高 Li⁺选择性（Li⁺/Mg²⁺选择性 315，Li⁺/Na⁺选择性 12）。该工作为仿生离子筛分膜的精准构建提供了新途径，并为亚纳米限域识别通道中的高效离子分离机制提供了新见解。
总之，本研究提出了一种冠醚轮烷诱导构建方法，以解决可控构建具有精准离子识别能力的仿生膜这一挑战。通过调控冠醚密度、类型及膜厚度，实现了 CRCOF 纳米片堆叠膜中孔道结构与通道微环境的协同优化，获得了一维亚纳米识别通道膜。优化后的膜通道可降低目标离子脱水及进入孔道的能垒，并促进其在相邻识别位点间的跳跃传输，从而实现目标离子的高选择性快速筛分。此外，所得膜在混合盐溶液中可保持高选择性，并在电渗析过程中具备长期运行稳定性，展现出实际应用价值。该研究不仅为推动仿生离子筛分膜的发展提供了设计范式，也为从复杂混合物中高选择性提取提供了技术路径。鉴于 COF 的多样性以及轮烷化学在超分子功能拓展方面的持续突破，二者在结构定制与性能协同上的联系将日益紧密，为仿生离子筛分技术的规模化发展带来巨大机遇。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/vKshjlJ_7saMsUjT5rkudA
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