高盐海水的高效脱盐是水资源再生、海水淡化领域的核心诉求，但传统反渗透分离膜长期面临渗透性-选择性此消彼长的固有权衡矛盾。共价有机框架（COF）膜凭借长程有序的孔道结构、可精准调控的孔尺寸，在低能耗海水淡化领域展现巨大潜力，其规整周期性孔道理论上可为离子筛分与水分子输运提供理想通路，为高性能分离膜的开发提供全新思路。然而现有 COF 膜大多通过快速界面聚合制备，单体扩散与框架结晶过程难以协同，结晶度不足、晶间缺陷多发，界面生长过程难以可控，严重限制其实际脱盐应用效能。

  针对上述瓶颈，郑州大学张亚涛教授团队提出氨基酸辅助界面聚合（AAIP）策略，将单体扩散调控与界面结晶动力学耦合，成功制备出高结晶、低缺陷的共价有机框架分离膜。该研究以 1,3,5-三甲酰基间苯三酚（Tp）、间苯二甲酰肼（IPH）作为构筑单体，选用 L-半胱氨酸作为双功能分子调节剂，依托氨基酸的静电作用与氢键协同效应实现反应-扩散过程调控。L-半胱氨酸在水相可逆结合 IPH 单体，适度抑制单体向反应界面的迁移速率，在不参与共价骨架构建的前提下优化界面聚合动力学，最终诱导生成具备图灵条纹表面、ABC 交错堆叠结构的超微孔 COF 选择性分离层。

  2026年9月9日，该研究成果以《Amino-Acid-Assisted Interfacial Polymerization Enables Reaction-Diffusion of COF Membranes for High-Performance Desalination》为题发表于《Advanced Functional Materials》。论文第一作者为郑州大学化工学院硕士研究生杨泽宇，通讯作者为郑州大学化工学院教授张亚涛和生态与环境学院直聘副研究员田苗苗。

图1 反应扩散与图灵结构形成机理示意图

  研究团队利用 L-半胱氨酸作为双功能调节剂，调控界面聚合过程中的反应-扩散动力学。无调节剂时界面聚合快速反应生成结晶度低、孔道无序的 COF 膜，引入 L-半胱氨酸后，借助氢键与静电相互作用调控水相单体的扩散行为，平衡反应-扩散动力学，诱导形成具有高结晶度、有序孔道的自修复型图灵结构 COF 膜。

图 2 两种 COF 膜的晶体结构与孔结构表征

  如图2所示，PXRD 与BET结果用于表征不同 COF 膜的结晶特性与孔道参数。未添加氨基酸的 COF 膜衍射峰强度弱，结晶度偏低；采用 AAIP 策略制备的 COF 膜具有更强的特征衍射信号，证明长程有序骨架成功构建。同时有序的微孔结构保持完整，为水分子快速传输与离子截留提供固有孔道，实现渗透性与选择性的协同提升。

图 3 纯 COF 膜与 AAIP 改性 COF 膜的微观形貌对比

  如图3所示，结合 SEM 形貌观测、紫外动力学测试与分子模拟，揭示 L-半胱氨酸可调控界面聚合的单体扩散行为，诱导 Tp-IPH COF 膜生成周期性图灵褶皱结构，并阐明半胱氨酸降低水相 IPH 单体扩散系数、调控反应扩散动力学的内在机制。

图 4 表面形貌、筛分性能与界面化学表征

  如图 4 所示，通过 AFM、TEM、分离性能测试与 XPS 等表征对比两种 COF 膜，表明 L-半胱氨酸构筑的图灵形貌能够减薄选择层、微调孔径，强化亚纳米分子筛分能力，同时 COF 共价骨架保持不变。

图 5 膜分离性能测试与长期稳定性评估

  如图5所示，系统测试了 AAIP调控 COF 膜的水通量、盐截留率以及连续运行稳定性。相较于传统界面聚合 COF 膜，具有图灵结构的 COF 膜同时实现更高水通量与离子截留能力。在持续的过滤测试以及酸性环境浸泡后，膜性能无明显衰减，表明该 COF 膜具备优异的耐酸稳定性，在高盐废水处理场景中拥有应用潜力。

  总之，本工作借助 L-半胱氨酸作为分子调节剂调控界面聚合反应-扩散动力学，成功构筑具有周期性图灵形貌的 Tp-IPH-Cys_20% COF 膜。半胱氨酸通过氢键与静电作用调控单体扩散，促进高结晶、有序孔道 COF 骨架生成；独特的图灵褶皱形貌减薄选择层、优化传质路径，在保持高截留性能的同时提升水通量，并且膜具备优异的酸性稳定性。该氨基酸辅助界面聚合策略为开发高性能耐酸 COF 纳滤膜提供了新途径。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.78372