功能化AB-COF膜脱盐性能的理论研究：-NH(CH3)基团调控水通量与离子选择性的分子机制

本文通过分子动力学模拟（MD）系统研究了-CH2-NH2、-CH2-NH3+、-NH(CH3)和-N(CH3)2功能化AB-COF膜（COF1-4）的脱盐性能。研究发现-NH(CH3)修饰的COF3膜通过避免水分子氢键滞留、优化孔径与疏水性平衡，实现高水通量（>45 ns内快速渗透）和近100%离子截留率，为新型非亲水性共价有机框架（COF）膜设计提供理论依据。

　　

Highlight

功能化AB-COF膜的脱盐性能突破：-NH(CH₃)基团展现独特优势

Transport mechanisms of water molecules

如图4a所示，在60 MPa压力下，不同COF膜的水分子渗透量差异显著。COF1和COF3在最初45 ns内即实现快速水渗透，而COF2因-CH₂-NH₃⁺基团与水分子形成氢键网络（图4b），导致水分子滞留时间延长、通量下降50%。COF3的-NH(CH₃)基团通过削弱氢键作用（图4c），使水分子扩散系数提升至COF2的2.3倍，印证了"疏水通道加速效应"。

Conclusions

本研究揭示：1）将AB-COF功能基团从-NH₂改为-NH₃⁺会因氢键捕获效应导致水通量骤降；2）-NHCH₃修饰的COF3膜凭借适度孔径（11.13 ?）和动态疏水作用，同时实现高通量（>10⁸ H₂O/m²·s）与近完全离子截留；3）-N(CH₃)₂基团因空间位阻反而降低性能。该发现为COF膜"结构-功能"精准调控提供了分子设计蓝图。