通过纳米通道的可控离子传输对于生物和人工膜系统至关重要。具有规则和可调纳米通道的共价有机框架(COFs)是开发离子传输合成膜的理想材料平台。然而，COF膜的离子排斥仍然具有挑战性，因为大多数COF材料具有大尺寸的纳米通道，导致小离子的非选择性传输。

近日，天津大学姜忠义教授，吴洪教授开发了离子共价有机框架膜（iCOFMs）用于实现快速和可控的离子传输。

文章要点

1）大尺寸均匀框架纳米通道内排列的磺酸盐基团具有200 mC m^-2的超高表面电荷密度，超过了生物和合成纳米通道中报道的表面电荷密度。

2）实验结果和分子模拟证实，带电的COF纳米通道内双电层的重叠阻止了离子的进入，并通过纳米约束的静电排斥使它们的通道变窄。

3）最佳iCOFM的水渗透率比商业基准和最先进的膜高600倍，Na₂SO₄截留率为93.5%，硼去除率超过70%。

4）具有带电纳米通道的COF膜和阐明的静电控制离子传输机制可以彻底改变合成纳米通道膜的结构设计范式。此外，基于框架材料的基础纳米约束离子传输可以作为开发高级纳米流体分离、传感和能量转换的平台。用于高效分子/离子传输、分离、传感和能量转换的膜/装置。

参考文献

Xinda You, et al, Charged Nanochannels in Covalent Organic Framework Membranes Enabling Efficient Ion Exclusion, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c04767

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04767