新疆大学孟洪（长江学者）、张文海团队在Nature Communications期刊发表题为“Ultra-rapid preparation of large-area high-crystallinity covalent organic framework membranes”的研究论文，团队成员潘彦为论文第一作者，孟洪、北德克萨斯大学（UNT）马胜前、张文海为论文共同通讯作者，新疆大学为第一署名单位。

共价有机框架膜（COF membranes）因具有规则孔道、可设计骨架结构和良好化学稳定性，在分子分离、催化、光电器件和能源存储等领域展现出重要应用前景。然而，高结晶度COF膜的制备通常依赖长时间结晶和反复条件筛选，尤其是大面积膜材料的快速、均匀制备仍是限制其实际应用的关键瓶颈。针对这一问题，本工作提出了一种反相微乳液界面聚合法，通过构建离子液体/醋酸水溶液界面，使反应单体在离子液体有序网络中预排列，并在界面限域空间内同步发生聚合与结晶，同时利用反相微乳液快速迁移封装反应生成的水分子，从热力学和动力学双重层面显著加快COF膜形成过程，实现了高结晶度COF膜的秒级制备。

研究团队以[C₈MIm][NTf₂]离子液体和60 wt%醋酸水溶液构建稳定反相微乳液界面，在30秒内成功制备出黄色C₈-IL-TbPa-COF膜。SEM结果显示膜厚约为900 ± 5 nm；HRTEM观察到清晰晶格条纹，晶面间距约0.35 nm；PXRD在2θ = 4.7°处出现明显（100）晶面衍射峰，GIWAXS进一步表明膜具有沿（001）晶面的取向结构；BET分析显示其比表面积为379 m² g^–1，主要孔径约1.4 nm，证明该方法可在极短时间内获得兼具结晶性和孔结构的COF膜。

研究发现，醋酸浓度和离子液体烷基链长度对COF膜结晶速率具有显著影响。随着醋酸浓度由20 wt.%提高至60 wt.%，膜形成时间由1800秒缩短至30秒；当离子液体烷基链长度为C2、C4、C6时，可在10秒内形成高结晶度COF膜，C8体系可在30秒内完成膜制备。进一步将该策略拓展至TbBd-COF、TbTAPB-COF和TbTTA-COF等不同COF膜体系，均可实现秒级高结晶度制备，说明该反相微乳液界面聚合法具有较好的普适性。

为揭示其超快速形成机制，团队结合WAXS、FT-IR、分子动力学模拟和DFT计算开展系统研究。结果表明，离子液体内部的离子—氢键有序网络可诱导醛基单体Tb发生有序预排列，降低结晶能垒；醋酸水相与离子液体形成的反相微乳液可快速迁移和封装缩合反应生成的水分子，推动席夫碱反应正向进行；同时，咪唑类离子液体的Lewis酸性可活化醛基并增强Tb与Pa之间的相互作用，使结合能由−16.5 kJ mol^–1提高至−95.2 kJ mol^–1。上述因素协同作用，实现了COF膜聚合与结晶的同步加速。

基于刮涂辅助工艺，团队进一步制备出面积达0.4 × 1.0 m的高结晶度C₈-IL-TbPa-COF复合膜。不同区域XRD结果表明，COF层在PAN基底表面均匀生长；所得膜孔径分布集中在约1.3 nm，表现出优异的分子筛分性能。纳滤测试显示，该膜纯水通量达到111.3 L m^–2 h⁻¹ bar⁻¹，对Evans Blue的截留率达到99.4%，并可稳定运行72小时。在重组人源化I型胶原蛋白脱盐应用中，该COF膜实现了60.6%的蛋白富集率和98.0%的脱盐率，明显优于商业膜US020，展现出良好的实际应用潜力。

综上所述，本研究发展了一种温和条件下秒级制备高结晶度COF膜的新方法，突破了传统COF膜制备依赖慢结晶和长时间筛选的限制。该方法通过“单体有序预排列—界面限域聚合结晶—副产水快速封装”协同机制，实现了COF膜结晶速率、结构取向和大面积制备能力的同步提升，为高性能COF膜的规模化制备及其在分子分离、蛋白脱盐和水处理等领域的实际应用提供了新的技术路径。

在该研究工作中，新疆大学公海5500线路检测进行了所有COF膜小角度X射线衍射测试：X射线衍射仪（Bruker D8 ADVANCE，负责人：金永明）和高功率X射线衍射仪（SmartLab 9 kW，负责人：金永明）。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69483-0

供稿：潘彦；编辑：金永明；审核：金钟。