西安建筑科技大学综述二维纳米通道膜离子传输机制与应用

💡这项突破是什么?

近日，我校环境与市政工程学院、陕西省膜分离技术研究院王磊教授团队在“Angewandte Chemie International Edition”（《德国应用化学》，2022年影响因子为16.823，SCI一区顶刊）发表题为“Selective Ion Transport in Two-Dimensional Lamellar Nanochannel Membranes”（二维纳米通道膜中的选择性离子传输）的最新研究综述。

论文第一作者为环境与市政工程学院王琎教授，通讯作者为团队研究带头人王磊教授，硕士研究生周慧娇与博士研究生李尚真参与了研究工作，西安建筑科技大学为论文的唯一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及陕西省、西安市各项科技计划的资助，此外陕西省膜分离技术重点实验室，陕西省环境工程重点实验室也为研究开展提供了重要支持。

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。大至盐湖提锂、海水淡化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的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。

基于团队多年来在离子分离方向的基础研究与盐湖贵稀金属资源回收等方面的应用实践，就目前纳米级受限通道内离子输运最新研究进行了综述。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，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，对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进行了总结。最后，论文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，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个工业技术领域的进一步创新。

“Angewandte Chemie International Edition” 《德国应用化学》是德国化学学会(GDCh)创办的期刊，自1962年创刊以来，一直是世界化学研究领域公认的最重要核心刊物之一，致力于传播具有高权威、高影响力的尖端研究成果。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202218321