共有有機構造膜の溶媒和能力を調整することでイオン選択性を高める

膜分離性能を最適化するためには、膜を介したイオン選択性に関与する分子レベルのメカニズムを理解することが不可欠です。本研究では、共有有機構造（COF）膜の孔の溶媒和能力の変化に応じたLi +およびMg 2+イオンの膜を介した挙動に関する観察結果を明らかにします。これらの能力は、孔チャンネルに付着したオリゴエーテルセグメントの長さを調整することによって操作されました。比較実験を通じて、孔の溶媒和能力と様々なイオン輸送特性（例えば分配、伝導、選択性）との関係を解明することができました。また、選択性を調整する際のLi +とMg 2+の溶媒化セグメントとの競争の重要性を強調します。オリゴエーテル鎖の長さを増加させることでイオン輸送が促進されることが判明しましたが、Li +とMg 2+の間で最も顕著な膜を介したエネルギーバリアの違いを示したのは、2つのエチレンオキシドユニットを含むオリゴエーテル鎖を持つCOF膜でした。その結果、評価された膜の中で最も高い分離係数を示しました。特に、電気駆動の二元塩条件下で、この特定のCOF膜はLi + /Mg 2+選択性を1352まで達成し、Li + /Mg 2+分離のための最も効果的な膜の1つとなりました。本研究から得られた知見は、制約されたナノ空間内での選択的イオン輸送の理解を進展させるのに大きく寄与し、非常に選択的なCOF膜の開発に向けた貴重な設計原則を提供します。