Atomic‐Level Nanoconfinement Strategy for Self‐Standing Permselective Membranes Enabling Precise Recognition of CO 2 in Multiphase Pollutants

材料科学 吸附 化学工程 纳米技术 选择性 微型多孔材料 甲烷 金属有机骨架 污染物 选择性吸附 分子识别 聚合物 分子 合成膜 共轭体系 纳米复合材料 电场 气体分离 共价键
作者
Shao Zhen Wang,Xinjian He,Jia‐Lian Gao,Zhuang Huang,Qiming Wu,Xiaoyu Chen,Hong Liu,Jiefeng Gao,Huan Xu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202521019
摘要

Abstract Atomic‐level nanoconfinement strategy reconfigures spatial and potential fields with single‐atom precision, thereby endowing functional membranes with efficient gas molecule recognition and selective transport capabilities. Herein, nanoconfined self‐standing permselective membranes (NSPMs) are engendered by atomic‐level regulation of cobalt(II) sites within the adsorption‐active layer of conjugated microporous polymers (CMPs), followed by in situ interfacial covalent cross‐linking at nanosized templates. Unlike conventional single‐target membranes, NSPMs synergistically integrate angstrom‐scale precision pore space partitioning (PSP) with atomically dispersed open metal sites (OMSs), thereby generating continuous positive localized electric field channels. This unique architecture confers both precise carbon dioxide (CO 2 ) recognition and efficient particulate matter (PM) purification. The atomic‐level nanoconfinement strategy enables precise partitioning of macropores while concurrently enhancing specific surface area, which further creates binding sites for selective adsorption of CO 2 over methane (CH 4 ) and nitrogen (N 2 ). Featuring the matched spatial partitioning and customized active sites, the atomic‐level cobalt(II) sites NSPM (Co‐NSPM) deliver 99.3% PM 0.3 removal efficiency even in high‐humidity environments, large CO 2 adsorption capacity (3.37 mmol g −1 ), and ultrahigh separation selectivity (CO 2 /N 2 = 230; CO 2 /CH 4 = 75). The proposed atomic‐level nanoconfinement strategy synergistically integrates size‐sieving, electrostatic adsorption, and molecular recognition mechanisms, effectively evading performance degradation or selectivity loss induced by multiphase pollutants cross‐interference in complex environments.
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