Bioinspired Macrocyclic Molecule Supported Two‐Dimensional Lamellar Membrane with Robust Interlayer Structure for High‐Efficiency Nanofiltration

纳滤 化学工程 材料科学 层状结构 分子 纳米技术 化学 复合材料 有机化学 生物化学 工程类
作者
Pengcheng Zhang,Yujuan Zhang,Lin Wang,Kaikai Qiu,Xiao-yi Tang,John K. Gibson,Xue Liu,Lei Mei,Shu‐wen An,Zhiwei Huang,Peng Ren,Yi Wang,Zhifang Chai,Wei‐Qun Shi
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (5) 被引量:44
标识
DOI:10.1002/advs.202206516
摘要

Abstract 2D lamellar membranes (2DLMs) are used for efficient desalination and nanofiltration. However, weak interactions between adjacent stacked nanosheets result in susceptibility to swelling that limits practical applicability. Inspired by the super adhesion of multi‐point suction cups on octopus tentacles, a 2DLM is constructed from Ti 3 C 2 T x MXene supported by the macrocyclic “multi‐point” molecule cucurbit[5]uril (CB5) and demonstrated for nanofiltration of methyl blue (MB) and enrichment of uranyl carbonate. Experimental results and density functional theory calculations indicate that CB5 rivets to the surface of the nanoflakes through strong stable interactions between its multiple binding sites and surface hydroxyl functional groups on MXene nanosheets. This novel 2DLM exhibits excellent nanofiltration performance (69 L m −2 h −1 bar −1 permeance with 93.6% rejection for MB) and can be recycled at least 30 times without significant degradation. The 2DLM exhibits excellent swelling resistance at high salinity, with a demonstration of selective enrichment of uranyl carbonate from artificial water and natural seawater. The results provide a new strategy for constructing highly stable 2DLMs with interlayer spacing controllable from sub‐nano to nanometer scales, for size‐selective sieving of molecules and ions, high‐efficiency nanofiltration, and other applications.
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