化学学院高龙成课题组受邀在Nature Nanotechnology上发表评述文章

化学学院高龙成课题组受邀在Nature Nanotechnology上发表评述文章

离子选择传输膜是各种膜分离过程的关键部件，在燃料电池、海水淡化、元素提取等领域具有不可或缺的地位，对分离效率、能耗和成本控制具有举足轻重的作用。隔膜的离子选择性和离子通量是两大关键技术参数，然而两则难以同时兼顾，制备兼具高选择性、高通量的隔膜是一大挑战，这需要科学家们设计新的膜材料体系、提出新的机理来应对这一挑战。近日，化学学院高龙成副教授接受《Nature Nanotechnology》的邀请，针对特定离子选择性分离膜发表了重要分析与评述。该文章总结、讨论了目前用于离子膜分离的基本原理，分析讨论了各自的特点和性能表现，包括课题组近期提出的“一链一基团”方案，并提出了该技术领域的未来发展方向。

文章指出，基于静电相互作用、尺寸效应和化学结合能作用是目前主流的离子分离策略，可以实现较好的阴/阳离子或者单价/多价离子的分离。但是在特定离子提取方面，特别是对于具有相同电荷、相似半径、水合能的离子（如H₂PO₄^-/Cl^-）就存在很大困难了。文章对美国加州大学洛杉矶分校David Jassby教授发表于同期Nature Nanotechnology的工作进行了总结和评价，积极肯定了“二氧化锰/阳离子交换膜”的复合膜设计理念及机理研究探索。因为水合二氧化锰表面具有能与H₂PO₄^-相互作用的特异性结合位点，这为H₂PO₄^-离子的选择性传输提供了可能。尽管复合膜主体是阳离子选择性膜，但出人意料地表现出阴离子选择性传输。最后，结合离子交换膜的实际应用场景提出了H₂PO₄^-离子通量不足的问题，并且给出了通过纳米粒子的有序排列以优化“选择性-通量”关系的解决方案，最终在特种单一离子的筛分领域实现广泛的应用。

特异性离子选择性传输示意图

该评述文章近日以Separation Membranes：Specific ion selectivity with a reverse-selective mechanism为题在《Nature Nanotechnology》在线发表。北京航空航天大学高龙成副教授为通讯作者，博士生李超为第一作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01216-y