A high lithium conductive MoS 2 /Celgard composite separator is reported as efficient polysulfides barrier in Li–S batteries. Significantly, thanks to the high density of lithium ions on MoS 2 surface, this composite separator shows high lithium conductivity, fast lithium diffusion, and facile lithium transference. When used in Li–S batteries, the separator is proven to be highly efficient for depressing polysulfides shuttle, leading to high and long cycle stability. With 65% of sulfur loading, the device with MoS 2 /Celgard separator delivers an initial capacity of 808 mAh g −1 and a substantial capacity of 401 mAh g −1 after 600 cycles, corresponding to only 0.083% of capacity decay per cycle that is comparable to the best reported result so far. In addition, the Coulombic efficiency remains more than 99.5% during all 600 cycles, disclosing an efficient ionic sieve preventing polysulfides migration to the anode while having negligible influence on Li + ions transfer across the separator. The strategy demonstrated in this work will open the door toward developing efficient separators with flexible 2D materials beyond graphene for energy‐storage devices.

Conventional technology for the purification of organic solvents requires massive energy consumption, and to reduce such expending calls for efficient filtration membranes capable of high retention of large molecular solutes and high permeance for solvents. Herein, we report a surface-initiated polymerization strategy through C–C coupling reactions for preparing conjugated microporous polymer (CMP) membranes. The backbone of the membranes consists of all-rigid conjugated systems and shows high resistance to organic solvents. We show that 42-nm-thick CMP membranes supported on polyacrylonitrile substrates provide excellent retention of solutes and broad-spectrum nanofiltration in both non-polar hexane and polar methanol, the permeance for which reaches 32 and 22 l m−2 h−1 bar−1, respectively. Both experiments and simulations suggest that the performance of CMP membranes originates from substantially open and interconnected voids formed in the highly rigid networks. Membranes with high selectivity and high permeance that allows rapid passage of solvent molecules are desirable for efficient separation processes. Microporous conjugated-polymer membranes have now been fabricated through surface-initiated polymerization. These membranes are capable of ultrafast organic-solvent nanofiltration because of the high porosity and pore interconnectivity originating from the rigid skeleton.

A novel graphene oxide (GO)-based nanofiltration membrane on a highly porous polyacrylonitrile nanofibrous mat (GO@PAN) is prepared for water treatment applications. GO with large lateral size (more than 200 μm) is first synthesized through an improved Hummers method and then assembled on a highly porous nanofibrous mat by vacuum suction method. The prepared GO@PAN membrane is characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectrum, X-ray diffraction, and so forth. The results show that graphene oxide can form a barrier on the top of a PAN nanofibrous mat with controllable thickness. The obtained graphene oxide layer exhibits "ideal" pathways (hydrophobic nanochannel) for water molecules between the well-stacked GO nanosheets. Water flux under an extremely low external pressure (1.0 bar) significantly increased due to the unique structure of the GO layer and nanofibrous support. Furthermore, the GO@PAN membrane shows high rejection performance (nearly 100% rejection of Congo red and 56.7% for Na2SO4). A hydrophilic-hydrophobic "gate"-nanochannel model is presented for explaining the water diffusion mechanism through the GO layer. This method for fabrication of the GO membrane on a highly porous support may provide many new opportunities for high performance nanofiltration applications.

High performance lithium-sulfur batteries have been successfully constructed by using boronate ester covalent organic frameworks (COFs) as the polysulfide hosts. The adsorption mechanism is ascribed to uniform coexistence of both electron-rich O and electron-deficient B atoms that can adsorb Li+ and Sx2−, respectively. In addition, the ordered structure of COFs allows higher heteroatom doping ratio as well as more uniform distribution and redeposition of sulfur, leading to good electrode kinetics. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

A GO/PAN pervaporation composite membrane was prepared and exhibited high desalination performance.

The removal of carbon dioxide (CO2) from acetylene (C2H2) is a critical industrial process for manufacturing high-purity C2H2. However, it remains challenging to address the tradeoff between adsorption capacity and selectivity, on account of their similar physical properties and molecular sizes. To overcome this difficulty, here we report a novel strategy involving the regulation of a hydrogen-bonding nanotrap on the pore surface to promote the separation of C2H2/CO2 mixtures in three isostructural metal-organic frameworks (MOFs, named MIL-160, CAU-10H, and CAU-23, respectively). Among them, MIL-160, which has abundant hydrogen-bonding acceptors as nanotraps, can selectively capture acetylene molecules and demonstrates an ultrahigh C2H2 storage capacity (191 cm3 g-1, or 213 cm3 cm-3) but much less CO2 uptake (90 cm3 g-1) under ambient conditions. The C2H2 adsorption amount of MIL-160 is remarkably higher than those for the other two isostructural MOFs (86 and 119 cm3 g-1 for CAU-10H and CAU-23, respectively) under the same conditions. More importantly, both simulation and experimental breakthrough results show that MIL-160 sets a new benchmark for equimolar C2H2/CO2 separation in terms of the separation potential (Δqbreak = 5.02 mol/kg) and C2H2 productivity (6.8 mol/kg). In addition, in situ FT-IR experiments and computational modeling further reveal that the unique host-guest multiple hydrogen-bonding interaction between the nanotrap and C2H2 is the key factor for achieving the extraordinary acetylene storage capacity and superior C2H2/CO2 selectivity. This work provides a novel and powerful approach to address the tradeoff of this extremely challenging gas separation.

A redox active pyridine based covalent organic framework was synthesized and used as an electrode in faradaic supercapacitors. The pyridine units in the DAP-COF undergo a reversible redox reaction, leading to an increase in specific capacitance relative to both its electroactive monomer and a COF lacking redox-active groups.

Highly selective adsorptive separation of olefin/paraffin through porous materials can produce high purity olefins in a much more energy-efficient way than the traditional cryogenic distillation. Here we report an ultramicroporous cobalt gallate metal-organic framework (Co-gallate) for the highly selective sieving separation of propylene/propane at ambient conditions. This material possesses optimal pore structure for the exact confinement of propylene molecules while excluding the slightly large propane molecules, as clearly demonstrated in the neutron diffraction crystal structure of Co-gallate⊃0.38C

Syntrophy achieved via microbial cooperation is vital for anaerobic hydrocarbon degradation and methanogenesis. However, limited understanding of the metabolic division of labor and electronic interactions in electro-stimulated microbiota has impeded the development of enhanced biotechnologies for degrading hydrocarbons to methane. Here, compared to the non-electro-stimulated methanogenic toluene-degrading microbiota, electro-stimulation at 800 mV promoted toluene degradation and methane production efficiencies by 11.49 %-14.76 % and 75.58 %-290.11 %, respectively. Hydrocarbon-degrading gene bamA amplification and metagenomic sequencing analyses revealed that f_Syntrophobacteraceae MAG116 may act as a toluene degrader in the non-electro-stimulated microbiota, which was proposed to establish electron syntrophy with the acetoclastic methanogen Methanosarcina spp. (or Methanothrix sp.) through e-pili or shared acetate. In the electro-stimulated microbiota, 37.22 ± 4.33 % of Desulfoprunum sp. (affiliated f_Desulfurivibrionaceae MAG10) and 58.82 ± 3.74 % of the hydrogenotrophic methanogen Methanobacterium sp. MAG74 were specifically recruited to the anode and cathode, respectively. The potential electrogen f_Desulfurivibrionaceae MAG10 engaged in interspecies electron transfer with both syntroph f_Syntrophobacteraceae MAG116 and the anode, which might be facilitated by c-type cytochromes (e.g., ImcH, OmcT, and PilZ). Moreover, upon capturing electrons from the external circuit, the hydrogen-producing electrotroph Aminidesulfovibrio sp. MAG60 could share electrons and hydrogen with the methanogen Methanobacterium sp. MAG74, which uniquely harbored hydrogenase genes ehaA-R and ehbA-P. This study elucidates the microbial interaction mechanisms underlying the enhanced metabolic efficiency of the electro-stimulated methanogenic toluene-degrading microbiota, and emphasizes the significance of metabolic and electron syntrophic interactions in maintaining the stability of microbial community functionality.