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High-Flux Vertically Aligned 2D Covalent Organic Framework Membrane with Enhanced Hydrogen Separation
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-03-28 , DOI: 10.1021/jacs.0c00927 Hongwei Fan 1 , Manhua Peng 2 , Ina Strauss 1 , Alexander Mundstock 1 , Hong Meng 3 , Jürgen Caro 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-03-28 , DOI: 10.1021/jacs.0c00927 Hongwei Fan 1 , Manhua Peng 2 , Ina Strauss 1 , Alexander Mundstock 1 , Hong Meng 3 , Jürgen Caro 1
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Covalent organic frameworks (COFs) are promising candidates for advanced molecular sieving membranes, but there is very limited progress in selective gas separation due to the wide nanometer-sized pores of the COF family. Herein, we propose a new concept of vertically aligned 2D COF layers forming a membrane for efficient gas separation on the basis of precise size exclusion. Gas transport takes place through the COF interlayer space (typically 0.3-0.4 nm) rather than through the nm-sized pore apertures. Construction of such a unique membrane architecture was implemented via in situ oriented growth of 2D COFs inside a skeleton of vertically aligned CoAl-layered double hydroxide (LDH) nano-sheets. The resultant vertical COF-LZU1 membrane exhibits a high H2 permeability of ~ 7400 Barrer together with a desirable separation selectivity for gas mixtures such as H2/CO2 (31.6) and H2/CH4 (29.5), thus surpassing the 2008 Robeson upper bounds. The universality of this approach has been demonstrated by successfully producing various high-quality vertical COF membranes with superior performance as well as outstanding running stability for potential H2 purification and pre-combustion CO2 capture.
中文翻译：
具有增强的氢分离功能的高通量垂直排列二维共价有机骨架膜
共价有机骨架 (COF) 是先进分子筛膜的有希望的候选材料，但由于 COF 家族的纳米级孔宽，在选择性气体分离方面进展非常有限。在此，我们提出了一种新概念，即垂直排列的 2D COF 层在精确尺寸排阻的基础上形成用于有效气体分离的膜。气体传输通过 COF 层间空间（通常为 0.3-0.4 nm）而不是通过 nm 大小的孔隙进行。这种独特的膜结构的构建是通过在垂直排列的 CoAl 层状双氢氧化物 (LDH) 纳米片骨架内 2D COF 的原位定向生长来实现的。由此产生的垂直 COF-LZU1 膜具有约 7400 Barrer 的高 H2 渗透率以及对气体混合物（如 H2/CO2 (31.6) 和 H2/CH4 (29.5)）的理想分离选择性，从而超过了 2008 年 Robeson 的上限。这种方法的通用性已通过成功生产各种具有卓越性能和出色运行稳定性的高质量垂直 COF 膜来证明，用于潜在的 H2 净化和预燃烧 CO2 捕获。
更新日期：2020-03-28
中文翻译：
具有增强的氢分离功能的高通量垂直排列二维共价有机骨架膜
共价有机骨架 (COF) 是先进分子筛膜的有希望的候选材料，但由于 COF 家族的纳米级孔宽，在选择性气体分离方面进展非常有限。在此，我们提出了一种新概念，即垂直排列的 2D COF 层在精确尺寸排阻的基础上形成用于有效气体分离的膜。气体传输通过 COF 层间空间（通常为 0.3-0.4 nm）而不是通过 nm 大小的孔隙进行。这种独特的膜结构的构建是通过在垂直排列的 CoAl 层状双氢氧化物 (LDH) 纳米片骨架内 2D COF 的原位定向生长来实现的。由此产生的垂直 COF-LZU1 膜具有约 7400 Barrer 的高 H2 渗透率以及对气体混合物（如 H2/CO2 (31.6) 和 H2/CH4 (29.5)）的理想分离选择性，从而超过了 2008 年 Robeson 的上限。这种方法的通用性已通过成功生产各种具有卓越性能和出色运行稳定性的高质量垂直 COF 膜来证明，用于潜在的 H2 净化和预燃烧 CO2 捕获。
京公网安备 11010802027423号