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공유결합 유기 구조체(covalent organic framework, COF)는 정밀한 기공 설계와 우수한 구조적 안정성을 동시에 갖춘 새로운 다공성 유기 소재로, 기존 고분자 분리막이 지닌 투과도–선택도 한계를 극복할 수 있는 유망한 대안으로 주목받 고 있다. 본 총설에서는 2차원 COF를 분리막 소재 측면에서 정리하고, 모노머 수준의 분자 설계와 다양한 화학 결합 전략을 통해 기공 크기와 구조를 원자 수준에서 정밀하게 조절함으로써 높은 투과도와 선택도를 동시에 달성할 수 있다는 점을 그 주요 장점으로 논의한다. 용매열 합성, 계면 중합, 나노시트 조립, 혼합 매트릭스 막 등 2차원 COF를 제조하는 방법을 살펴 보며, 이렇게 제조된 2차원 COF 분리막의 응용 분야로서 기체 분리, 수처리 및 유기용매 나노여과, 그리고 이온분리에 대해 다루었다. 마지막으로, COF 분리막의 상용화를 위해 해결해야 할 기술적 과제와 향후 연구 방향을 제시하였다.
Covalent organic frameworks (COFs) are an emerging class of porous organic materials that combine precise pore engineering with excellent structural stability, and are therefore regarded as promising alternatives to conventional polymeric membranes for overcoming the permeability–selectivity trade-off. In this review, we focus on two-dimensional (2D) COFs as membrane materials and discuss their key advantage that molecular-level monomer design and diverse covalent linkage chemistries allow atomic-level control over pore size and framework structure, thereby enabling the simultaneous realization of high permeability and high selectivity. We summarize synthetic strategies for preparing 2D COF-based membranes, including solvothermal synthesis, interfacial polymerization, nanosheet assembly, and mixed-matrix membrane fabrication. Additionally, highlight their applications in gas separation, water treatment, organic solvent nanofiltration, and ion separation. Finally, we outline the remaining technological challenges that must be addressed for the practical deployment of COF membranes and propose future directions for their further development.
Abstract
1. Introduction1
2. Advantages of 2D COFs as MembraneMaterials
2.1. Tunable and uniform pores & chemical
2.2. Key linkage chemistry and stability
2.3. High separation performance
3. Fabrication of 2D COF Membranes
3.1. Solvothermal synthesis
3.2. Interfacial polymerization
3.3. Nanosheet assembly strategy
4. Applications of 2D COF Membranes
4.1. Gas separation
4.2. Water treatment & organic solvent nanofiltration(OSN)
4.3. Ion separation
5. Conclusion
6. Outlook
감 사
Reference
