阴离子交换膜(AEMS)的出现掀起了从燃料电池、电解槽、充电电池到人工光合作用的各种可再生能源转换和储存技术的革命。作为AEMs的重要组成部分，膜电解质提供了阴离子在电极之间的流动，并决定了这些电化学器件的能量效率。然而，在AEMs中开发具有预先设计的规则拓扑结构的高导电性膜电解质仍然是一个巨大的挑战。具有高效阴离子传导功能的生物膜通道为在合成膜中构建通道提供了绝佳的原型。可以预见，分子水平的框架结构设计对于构建具有优化的物理和化学结构的通道以实现有效的阴离子传输至关重要。近年来，具有永久有序通道的COFs在多孔晶体框架中作为一种吸引人的选择而蓬勃发展，已经在气体吸附和储存、分子和离子分离、传感和催化方面得到了广泛的研究。
有鉴于此，受生物体内有效阴离子传输的启发，天津大学姜忠义教授报道了一种面向阴离子传输的COFs的从头设计。
文章要点
1）采用带有不同有机间隔基的季铵（QA）基团官能化的酰肼构建单元与醛单元组装在一起，以生成一系列侧链季铵化骨架（COF-QA）。晶体骨架的网状合成提供了永久有序的通道，这些通道具有对齐的阳离子位点，可以快速转移阴离子。
2）在得到的阴离子交换膜中，通过相转移聚合制备相应的自立式COFs膜具有最高的氢氧化物电导率（在80 °C下为212 mS cm-1）。
3）通过改变有机间隔基团的长度和亲水性来实现COF-QAS的侧链工程，研究发现较短、更亲水的间隔基团有利于提高具有相似主链结构的COF-QAs的阴离子电导率。
本工作突出了全有机骨架材料的应用前景，这些材料是设计离子交换膜和离子筛膜的基础。
Xueyi He, et al, De Novo Design of Covalent Organic Framework Membranes toward Ultrafast Anion Transport, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001284
https://doi.org/10.1002/adma.202001284
