近日，实验室绿色化学研究团队在Science子刊Science Advances上发表了题为Highly efficient light-gated COF membrane for precise multistage molecular separation的研究论文。博士研究生翟利勇为本文第一作者，王键吉教授、李志勇副教授和高帅其副教授为共同通讯作者，河南师范大学为第一署名单位。
膜分离具有能耗低、碳排放低和环境安全性高等显著优势，是化学化工领域分离过程的核心技术。但是，多种分子混合物的分离需串联不同孔径的膜来完成，存在分离效率低，能耗高等问题。如何实现从“多膜分级”到“一膜智控”分离对于减少传统工艺步骤，降低能耗与系统复杂性具有重要意义。自然界中植物气孔的开合可由光进行调控，这为利用光调控膜孔径提供了极佳的灵感。受这一生物现象的启发，本文利用Click反应的高效性，将偶氮苯分子以高达98.5%的接枝效率锚定到共价有机框架（COF）膜的纳米孔道内，成功制备出对光快速响应且稳定的光门控COF膜。得益于其孔径大小可在0.73至0.93 nm间可逆光控切换，该COF膜不仅能原位实现大麻油提取物中大麻二酚油（高价值药品）、柠檬烯和叶绿素的多级分离，还可以精准筛分天然矿石中的金、银和铁等离子。不同于传统的单键锚定方式，本文巧妙性地通过稳定的三唑键将偶氮苯分子固定到框架的孔道内，在经过超100次光控循环和长达12天的连续运行后，其分离性能与晶型结构仍保持稳定，展现出良好的实际应用前景。
该成果是实验室在光控智能COF膜精准分子分离研究领域取得的重要进展，实现了膜分离从“静态筛分”向“智能调控”的跨越，为开发精准分子分离的光控智能膜提供了新的思路，有望显著降低分离过程中的能源消耗和生产成本，服务国家“双碳”战略目标。该研究得到国家自然科学基金和河南省科技创新人才计划等项目资助。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz1929