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导读
近日，东北师范大学化学学院朱广山教授课题组在《德国应用化学》杂志上发表题为“Ultramicroporous Covalent Organic Framework Nanosheets with Functionality Pair for Membrane C2H2/C2H4 Separation”的研究论文，第一作者为博士后李佳璐，博士研究生程泽梁，通讯作者为朱广山教授，邹小勤教授。
乙烯是石油化工产品聚乙烯的重要原料，生产乙烯过程中常伴随着乙炔的产生，然而乙炔的存在将毒化乙烯聚合催化剂，严重影响聚乙烯产品纯度；因此，乙炔/乙烯分离显得十分重要。传统分离方法依赖于能量密集型技术，例如：低温蒸馏；发展多孔膜材料并进行膜分离有望实现低能耗、高效率分离乙炔/乙烯。近年来，共价有机骨架（COF）因其孔道结构可设计、稳定性高且易于成膜等特性，成为多孔材料及膜材料领域的一个科学前沿。目前已报道的COF膜材料普遍存在乙炔分子识别能力不足的问题，从而导致乙炔/乙烯分离选择性偏低。
针对上述问题，邹小勤教授/朱广山教授团队通过单体结构设计构建了一种具有官能团对的超微孔二维COF材料，并采用自上而下的策略剥离成超薄纳米片，制备成COF薄膜用于乙炔/乙烯的分离。研究者分别以含N, O官能团的三醛基间苯三酚（TP）和5, 8-二氨基异喹啉（IQD）单体，成功合成了骨架上共存N-O功能对的超微孔TP-IQDCOF。平面结构的单体有利于COF层的π-π堆积，具有苯并结构的IQD单体以及[2+3]连接模式易于超微孔的形成，N, O官能团在孔道内壁可构成功能对，这些结构特征赋予了此种COF在物质传输中兼具分子筛分效应和选择性吸附的优势。此外，采用机械研磨法可将该二维COF材料剥离成超薄纳米片，并与商用高分子6FDA-ODA浇筑成TP-IQD/6FDA-ODA混合基质膜。所制备的COF膜在乙炔/乙烯气体分离中表现出优异的乙炔渗透性和乙炔/乙烯渗透选择性，进一步证实官能团对的植入是构建乙炔/乙烯分离导向的COF膜的一种有效策略。
在本项工作中，邹小勤教授/朱广山教授团队以乙炔/乙烯分离为功能导向，发展了一种官能团对植入策略大幅提升超微孔COF材料的乙炔/乙烯膜分离性能，该策略为今后设计合成高性能COF分离膜提供了一种新思路。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202216675
来源：东北师范大学化学学院
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