紫外光“开关”三维COF膜：精准捕获CO₂，创27.6倍氮气分离纪录

排行榜 2025年08月17日 12:10 0 admin

东南大学汪勇团队近日在《Science Advances》报道了一种可光调的三维共价有机框架（3D COF）膜，首次让孔道拥有了“智能阀门”功能。研究人员把偶氮苯接枝进贯通骨架，通过320 nm紫外照射触发反-顺异构化，使孔径在0.39 nm与0.47 nm之间可逆伸缩；与此同时，顺式偶氮苯偶极矩跃升至3 D，孔道极性瞬间增强。骨架本身保持高结晶度与机械强度，膜厚180–350 nm，连续致密且与聚酰亚胺基底无缝贴合，经多次光切换循环仍零缺陷。得益于此，膜在60 min光照后展现惊人分离性能：CO₂渗透率最高391 GPU，N₂渗透率443 GPU，N₂/CO₂选择性飙升至27.6，远超Robeson上限，且72 h连续运行无衰减。原位表征与DFT计算揭示，极性增强使偶氮苯与CO₂的C=O正电区形成-19.2 kcal mol⁻¹的偶极-四极相互作用，电子亲和力同步提升，从而精准锁定CO₂，实现“孔径放行N₂，极性捕获CO₂”的双机制协同。

该研究不仅突破了传统COF膜难以区分动力学直径相近分子的瓶颈，更为碳捕集、天然气纯化等场景提供了可光编程的新一代分离工具。