近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在共价有机网络膜用于精准分子筛分处理方面取得新进展。通过巧妙地选择柔性环状胺连接剂和二酰氯(对苯二甲酰氯和间苯二甲酰氯)构建单元，通过可规模化放大的界面构建了蜂窝状共价有机网络（CON）膜。相关研究结果以“Flexible Covalent Organic Network with Ordered Honeycomb Nanoarchitecture for Molecular Separations”为题，于2023年11月14日发表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.3c08028）。

图1. 基于分子顶层设计开发蜂窝状共价有机网络框架膜

受蜂窝结构的仿生原理启发，刘江涛教授课题组博士研究生姚阿延从分子水平设计出发，采用柔性的环状胺单体和二酰氯单体巧妙地构建了两种有序的聚酰胺基共价有机网络（CON）膜。通过掠入射广角X射线衍射(GI-WAXS)证明了膜的结晶度和规整有序取向。利用高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和快速傅里叶变换(FFT)进一步证明了CON膜的蜂窝状有序结构和微晶区，垂直于膜方向的HR-TEM图像显示出高度有序的四边形微孔结构。此外该方法具有普适性，我们采用轮环藤宁单体代替环状胺制备了两种新型的CON膜，并通过GI-WAXS和HR-TEM证明了这种设计的可拓展性。在纳滤性能方面，新设计的CON膜对水和甲醇具有高渗透性，截止分子量达700 g/mol，优于大多数先进的聚合物膜。值得注意的是CON膜具有可变形的智能溶剂环境响应亚纳米孔，可用于精确的染料/盐分离和高选择性去除抗生素。该研究工作提供了一种制备有序蜂窝结构、可调节孔径、强共价键CON膜的新方法和新思路，在有机小分子污染物精准筛分、药物小分子的分离纯化、印染废水处理、盐染分离等挑战性领域具有巨大应用潜力。

该工作得到了国家重点研发计划、国家青年人才计划、双一流中央高校科研基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08028