准确、快速的离子分离对于环境、资源与能源等领域的诸多关键技术具有重要意义。大至海水淡化、盐湖提锂等国家经济主战场中的重大工程,小至微型纳米流体发电机,其效率都依赖于离子的选择性传输过程。然而,由于离子的特征尺寸普遍处于亚纳米级别,如何实现目标离子快速通过,同时确保伴生离子的有效截留,目前仍极富挑战性。而实际应用过程中复杂的水质环境,更增加了高效离子分离的难度。
近年来,随着纳米材料领域的不断突破,促进了纳米受限条件下离子传输行为的研究,为先进离子分离技术的发展带来了新的可能性。其中,通过二维纳米片平行堆叠构建纳米通道膜,成为纳米流体研究领域中的热点课题。得益于二维材料多样的物理与化学性质,可通过对二维纳米通道的形貌、尺寸、表面特性以及润湿行为等进行精确的调节,以满足不同的分离需求。
近期,西安建筑科技大学陕西省膜分离技术研究院王磊教授团队王琎教授等就二维层状纳米通道膜中选择性离子传输行为的研究进展进行了综述。该综述从纳米通道膜的基本构建单元出发,对二维纳层状膜的制备与结构调控进行了概述;基于此,作者剖析了纳米限域通道膜中离子传输行为的影响机制,特别分析了内部传输路径的物理结构、受限通道的表面性质以及外部环境对离子选择性输运过程的影响;随后,作者总结了二维纳米通道膜在海水淡化、水净化、资源回收以及能量收集与转换方面的应用现状。 最后,作者分别从学术和工业的角度讨论了膜结构的精确调控、离子传输机制研究以及应用方面所面临的挑战。作者希望通过这篇综述文章的总结,为开发高性能二维纳米通道膜及精准离子分离技术提供支持,推动二维纳米通道膜在各技术领域的进一步创新。 论文信息 Selective Ion Transport in Two-Dimensional Lamellar Nanochannel Membranes Jin Wang, Huijiao Zhou, Shangzhen Li, and Lei Wang 文章作者为西安建筑科技大学王琎教授,硕士周慧娇和博士李尚真。通讯作者为西安建筑科技大学王磊教授和王琎教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202218321