Covalent organic framework membranes with vertically aligned nanorods for efficient separation of rare metal ions

纳米棒 共价键 材料科学 水溶液中的金属离子 离子 金属 纳米技术 共价有机骨架 金属有机骨架 化学工程 化学 有机化学 吸附 生物化学 工程类 冶金
作者
Qinghua Liu,Ming Liu,Zhe Zhang,Congcong Yin,Jianghai Long,Mingjie Wei,Yong Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 9221-9221 被引量:48
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53625-3
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) have emerged as promising platforms for membrane separations, while remaining challenging for separating ions in a fast and selective way. Here, we propose a concept of COF membranes with vertically aligned nanorods for efficient separation of rare metal ions. A quaternary ammonium-functionalized monomer is rationally designed to synthesize COF layers on porous substrates via interfacial synthesis. The COF layers possess an asymmetric structure, in which the upper part displays vertically aligned nanorods, while the lower part exhibits an ultrathin dense layer. The vertically aligned nanorods enlarge contact areas to harvest water and monovalent ions, and the ultrathin dense layer enables both high permeability and selectivity. The resulting membranes exhibit exceptional separation performances, for instance, a Cs+ permeation rate of 0.33 mol m-2 h-1, close to the value in porous substrates, and selectivities with Cs+/La3+ up to 75.9 and 69.8 in single and binary systems, highlighting the great potentials in the separation of rare metal ions.
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