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Pore-in-Pore Engineering in a Covalent Organic Framework Membrane for Gas Separation
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-04-07 , DOI: 10.1021/acsnano.2c12774 Hongwei Fan 1, 2 , Haoran Wang 1 , Manhua Peng 3 , Hong Meng 1 , Alexander Mundstock 2 , Alexander Knebel 4 , Jürgen Caro 2
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2023-04-07 , DOI: 10.1021/acsnano.2c12774 Hongwei Fan 1, 2 , Haoran Wang 1 , Manhua Peng 3 , Hong Meng 1 , Alexander Mundstock 2 , Alexander Knebel 4 , Jürgen Caro 2
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Covalent organic framework (COF) membranes have emerged as a promising candidate for energy-efficient separations, but the angstrom-precision control of the channel size in the subnanometer region remains a challenge that has so far restricted their potential for gas separation. Herein, we report an ultramicropore-in-nanopore concept of engineering matreshka-like pore-channels inside a COF membrane. In this concept, α-cyclodextrin (α-CD) is in situ encapsulated during the interfacial polymerization which presumably results in a linear assembly (LA) of α-CDs in the 1D nanochannels of COF. The LA-α-CD-in-TpPa-1 membrane shows a high H2 permeance (∼3000 GPU) together with an enhanced selectivity (>30) of H2 over CO2 and CH4 due to the formation of fast and selective H2-transport pathways. The overall performance for H2/CO2 and H2/CH4 separation transcends the Robeson upper bounds and ranks among the most powerful H2-selective membranes. The versatility of this strategy is demonstrated by synthesizing different types of LA-α-CD-in-COF membranes.
中文翻译：
用于气体分离的共价有机骨架膜中的孔中孔工程
共价有机骨架 (COF) 膜已成为节能分离的有前途的候选者，但亚纳米区域通道尺寸的埃精度控制仍然是一个挑战，迄今为止限制了它们在气体分离方面的潜力。在此，我们报告了在 COF 膜内设计类似套娃的孔道的超微孔纳米孔概念。在这个概念中，α-环糊精 (α-CD) 在界面聚合过程中被原位封装，这可能导致 COF 的一维纳米通道中的 α-CD 线性组装 (LA)。LA-α-CD-in-TpPa-1 膜显示出高 H 2渗透率 (∼3000 GPU) 以及 H 2相对于 CO 2和 CH 4的增强选择性 (>30)由于快速和选择性的 H 2运输途径的形成。H 2 /CO 2和H 2 /CH 4分离的整体性能超越了Robeson上限，跻身于最强大的H 2选择性膜之列。通过合成不同类型的 LA-α-CD-in-COF 膜证明了该策略的多功能性。
更新日期：2023-04-07
中文翻译：
用于气体分离的共价有机骨架膜中的孔中孔工程
共价有机骨架 (COF) 膜已成为节能分离的有前途的候选者，但亚纳米区域通道尺寸的埃精度控制仍然是一个挑战，迄今为止限制了它们在气体分离方面的潜力。在此，我们报告了在 COF 膜内设计类似套娃的孔道的超微孔纳米孔概念。在这个概念中，α-环糊精 (α-CD) 在界面聚合过程中被原位封装，这可能导致 COF 的一维纳米通道中的 α-CD 线性组装 (LA)。LA-α-CD-in-TpPa-1 膜显示出高 H 2渗透率 (∼3000 GPU) 以及 H 2相对于 CO 2和 CH 4的增强选择性 (>30)由于快速和选择性的 H 2运输途径的形成。H 2 /CO 2和H 2 /CH 4分离的整体性能超越了Robeson上限，跻身于最强大的H 2选择性膜之列。通过合成不同类型的 LA-α-CD-in-COF 膜证明了该策略的多功能性。
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