Gas Separation With COF Membranes: Crystalline Design Meets Selective Transport

渗透 气体分离 材料科学 纳米技术 多孔介质 制作 多孔性 结晶度 选择性 设计要素和原则 可扩展性 化学工程 共价有机骨架 输运现象 膜技术 钥匙(锁) 聚合膜 共价键 金属有机骨架 聚合物 超分子化学 化学稳定性 分离(统计)
作者
Manman Zhang,Ying Li,Liu Chen,Eric Jian Rong Phua,Xuezhong He
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e74057-e74057
标识
DOI:10.1002/smll.74057
摘要

ABSTRACT Covalent organic frameworks (COFs) are emerging crystalline porous materials with precisely defined architectures and tunable chemistry, offering strong potential for next‐generation gas separation membranes. This review provides a material‐centric perspective on COF‐based membranes, emphasizing how framework design governs molecular transport behavior. We discuss key structure‐property relationships in COF synthesis, highlighting the roles of crystallinity and chemical functionality in regulating selective transport. Recent advances in synthetic methods are compared in terms of framework order, pore alignment, and scalability. The evolution of COF membrane fabrication is then reviewed, from mixed‐matrix systems to in situ grown and freestanding membranes, with attention to interfacial engineering, mechanical stability, and orientation control. Fundamental transport mechanisms are summarized to connect pore chemistry with separation performance. Application‐focused progress in CO 2 and H 2 separations is highlighted, where COF membranes have achieved ultrahigh permeance and selectivity exceeding the Robeson upper bound. Finally, we identify key challenges, including defect control, mechanical robustness, scalable manufacturing, and long‐term stability under realistic conditions, and outline future directions toward industrial deployment. By integrating framework chemistry, membrane architecture, and transport mechanisms, this review establishes COFs as a versatile platform for energy‐efficient gas separations and provides general design principles for crystalline membrane materials.
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