淡水资源短缺已成为全球性挑战，膜蒸馏技术因高效处理高盐废水备受关注，但其应用受限于传统膜的润湿失效与低效问题。传统聚合物膜因孔径不均、孔结构无序，无法兼顾高抗润湿性与高通量需求。共价有机框架（COF）材料凭借规整孔道和高孔隙率为突破提供了可能，但固有疏水性不足导致长期稳定性差。

针对这一挑战，中山大学田雪林团队提出氟化COF膜（TGTf膜）的设计，将氟化疏水界面与COF的纳米通道结合，开发具有高抗润湿性的膜蒸馏材料。通过C-F键将氟原子锚定于孔道内壁，其疏水接触角提升至97.4°。C-F键的极化效应是疏水增强的核心机制——氟的高电负性通过抑制氢键形成削弱了膜-水相互作用。同时，1.60 nm的均一孔径显著提升液体突破压力（LEP），有效抵御润湿现象。密度泛函理论（DFT）模拟揭示，孔道内F原子形成的负电势区构建静电屏障，通过排斥盐离子进一步提升截盐效率。分子动力学模拟进一步证实，高氟化膜（Model 3）通过静电排斥可降低离子迁移速率，从而将截盐率提升至近100%。

性能测试显示，TGTf膜在168小时连续运行中保持195 L·m⁻²·h⁻¹通量和99.80%截盐率，显著优于商用聚四氟乙烯膜（通量衰减至26.95 L·m⁻²·h⁻¹，24小时截盐率骤降），创造了目前COF膜的MD运行时间记录。面对含CaSO₄、腐殖酸或十二烷基硫酸钠的复杂体系，其通量衰减率≤7.1%且截盐率稳定>99.84%，而商用聚四氟乙烯膜截盐率最低跌至88.90%，展现其实际应用潜力。此外，该团队更突破创新性实现材料闭环回收：酸性条件下亚胺键可实现动态断裂，使得TGTf膜可控降解为TGCl和TfTa单体，核磁共振（NMR）证实TfTa可无损回收并直接用于再合成。这种"设计-应用-回收"全周期方案，既解决传统氟化材料难降解问题，又契合可持续发展理念，为开发下一代海水淡化膜提供了新的策略。

Fluorinated Covalent Organic Framework Membranes with Robust Wetting Resistance for Durable Membrane Distillation

Shuai Wang Lishuang Gui, Di Qiao, Meiling Tao, Shilin Huang,  Xuelin Tian

论文第一作者中山大学材料科学与工程学院博士生王帅。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507913