Light-activated 3D covalent organic framework membranes with adaptive pores for CO 2 recognition and separation

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作者
Congcong Yin,Muning Chen,Ziyin Zhang,Kai Liu,Jinglin Gao,Xin Zhao,Yuping Wu,Yong Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (32): eadw8452-eadw8452 被引量:14
标识
DOI:10.1126/sciadv.adw8452
摘要

Creation of membrane channels capable of recognizing diverse molecules is desirable for advancing molecular transport and separation, but it remains difficult to precisely control their conformation and achieve dynamic adaption to specific molecules. Here, we demonstrate fine-tuning the pore environment within 3D covalent organic framework (COF) that can precisely control its pore size and polarity to recognize CO2. The pores are integrated with azobenzene units with photo-adaptable trans-to-cis isomerization, enabling dynamic pore size regulation at angstrom scale. Moreover, the isomerization induces drastic changes in intrapore polarity, which exert profound effects on the intermolecular affinity through the dipole-quadrupole interaction. Featuring these dynamic natures, the 3D COF membrane cooperating the size exclusion effect with a molecular recognition ability toward CO2. As a result, light-gating separation experiments show the superior CO2 capture performance with a N2/CO2 selectivity of 27.6. Theoretical calculations reveal that cis-state azobenzene can reduce the electron transfer barrier from azobenzene to CO2, thereby providing a molecular recognition pathway.
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