在膜分离领域，分离膜的渗透性和选择性是评价其综合性能的两个重要参数。然而，传统的聚合物膜材料由于其内部孔道结构不均一，导致传统聚合物膜的渗透性和选择性难以同步提升（即trade-off效应）。因此，研究者们将注意力聚焦于自具孔道结构的多孔框架材料。作为一种新兴的有机多孔晶体材料，共价有机框架（COFs）具有规整的孔道结构、可调的孔道尺寸、良好的稳定性和易于功能化等特点，被视为制备高性能分离膜的理想材料。然而，目前报道的合成COF膜的方法通常存在合成条件苛刻、反应时间长、后处理繁琐以及合成效率低等问题。

近日，清华大学王海辉教授团队联合华南理工大学薛健副研究员等人在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Ultrathin Covalent Organic Framework Membranes Prepared by Rapid Electrophoretic Deposition”的文章（DOI: 10.1002/adma.202204894）。该研究中开发了一种新型的电泳法制备COF膜的策略，实现了含水体系中COF膜的快速制备。在恒定的电场力驱动下，含有丰富带电基团的离子型COF纳米片能够在电场中定向迁移，并最终沉积于多孔基底上形成结构规整的COF膜。该方法能够在数分钟内在多孔基底上制备厚度低于100 nm的COF膜，解决了传统方法效率低的问题。同时，提出的双池型电泳法策略避免了传统单池电泳法在含水体系中，由于不开避免的水电解产生的气泡（氢气和氧气）以及电极附近形成的酸性或碱性微环境对电泳沉积制备的分离膜的形貌和结构的影响。由于超薄的膜厚度和膜内部存在的规整的一维传质通道，合成的COF膜展现出出色的渗透性；在尺寸筛分和静电排斥的协同作用下，COF膜实现了精密的分子筛分性能。

图 1 离子型COF纳米片的表征

图 2 COF膜的电泳法制备及其表征

图 3 COF膜的分子筛分性能

图 4 分离机理及其性能比较

本工作得到了国家重点研发计划（2020YFB1505603）、国家自然科学基金（22075086, 22138005, 22141001）以及广东省自然科学基金（2022A1515010980）的支持。华南理工大学化学与化工学院在读博士生王锐为该论文第一作者，通讯作者为清华大学王海辉教授和华南理工大学薛健副研究员。

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.202204894