近日，鄭州大學化工學院王景濤教授團隊在荷電物質(zhì)（各類鹽、染料、有機酸/堿）分離方面取得新進展。團隊創(chuàng)新性設計荷電異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米片，真空抽濾組裝為二維層狀膜。目前日益嚴重的資源和環(huán)境問題推動著先進膜分離技術的快速發(fā)展。然而，已開發(fā)的分離膜通常是均質(zhì)荷電膜，溶液中反離子在通道壁上易形成雙電層，壓縮傳質(zhì)空間、弱化通道-離子相互作用，制約著膜的離子截留效果。

納米片表面的正負電荷域在層間通道內(nèi)自發(fā)形成內(nèi)建電場，且電場方向交替切換，有效弱化通道內(nèi)的雙電層效應。該內(nèi)建電場迫使荷電物質(zhì)與通道壁反復碰撞，增大傳遞過程內(nèi)能消耗，膜對各類荷電物質(zhì)均實現(xiàn)高達99%截留能力；內(nèi)建電場還賦予通道寬的有效傳質(zhì)空間，使得水、乙醇、丙酮等中性分子快速傳遞（水在低壓下通量達19 L/(m2 h bar)）。借助此新型通道，該團隊對經(jīng)典物理學中的類平拋運動模型方程進行納米尺度下的修正，建立了適用于限域空間的模型方程。該工作有望為納米通道膜設計開發(fā)和限域傳質(zhì)機理研究提供參考。

研究成果以“Built-in electric fields in heterostructured lamellar membranes enable highly efficient rejection of charged mass”為題發(fā)表在國際知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。論文第一作者為化工學院博士研究生陳沖沖和鄭州大學河南先進技術研究院吳曉莉研究員，王景濤教授和天津大學姜忠義教授為共同通訊作者，鄭州大學為第一完成單位。

該工作得到了國家重點研發(fā)計劃和鄭州大學學科建設經(jīng)費的資助支持。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202406113

內(nèi)建電場主導的高效荷電物質(zhì)截留