Membranas ultradelgadas bidimensionales ensambladas por nanosheets orgánicos covalentes iónicos con aperturas reducidas para separación de gases

Los marcos orgánicos covalentes (COFs) son una categoría prometedora de materiales porosos que poseen una amplia sintonización química, alta porosidad, disposiciones ordenadas a nivel molecular y considerable estabilidad química. A pesar de estas ventajas, la aplicación de los COFs como materiales de membrana para la separación de gases está limitada por sus relativamente grandes aperturas de poro (típicamente >0.5 nm), que superan los requisitos de tamizado para la mayoría de los gases cuyos diámetros cinéticos son menores de 0.4 nm. En este trabajo, reportamos la fabricación de membranas ultradelgadas bidimensionales (2D) a través del ensamblaje capa por capa (LbL) de dos tipos de nanosheets orgánicos covalentes iónicos (iCONs) con diferentes tamaños de poro y cargas opuestas. Debido al apilamiento escalonado de los iCONs con fuertes interacciones electrostáticas, las membranas resultantes exhiben características de tamaño de apertura reducido, patrón de apilamiento optimizado y estructura densa compacta sin sacrificar el control del grosor, lo que las hace adecuadas para la separación de gases por tamizado molecular. Una de las membranas híbridas, TpEBr@TpPa-SO3Na con un grosor de 41 nm, muestra una permeancia de H2 de 2566 unidades de permeación de gas (GPUs) y un factor de separación H2/CO2 de 22.6 a 423 K, superando el límite superior reciente de Robeson junto con una estabilidad hidrotérmica a largo plazo. Esta estrategia no solo proporciona un candidato de membrana de separación de H2 de alto rendimiento, sino también una inspiración para la ingeniería de poros de COF o membranas poliméricas porosas 2D.