高分子科学前沿5月6日讯：日益严重的淡水短缺和资源匮乏等问题推动着膜分离技术的快速发展。然而，主流的分离膜常为均质荷电膜，溶液中反离子在通道壁上易形成双电层而压缩传质空间、弱化通道-离子相互作用，造成膜的离子截留率下降。

为解决这一问题，天津大学姜忠义教授和郑州大学王景涛教授团队合作设计制备了一种荷电异质结构纳米片并组装为层状膜，膜内通道上下两侧的正负电荷纳米域自发形成内建电场，且电场方向交替切换，从而显著弱化均质通道内经常存在的双电层效应。相关工作以“Built-in Electric Fields in Heterostructured Lamellar Membranes Enable Highly Efficient Rejection of Charged Mass”发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。天津大学姜忠义教授和郑州大学王景涛教授为该工作共同通讯。

内建电场分布及离子传递行为

作者发现，组装荷电异质纳米片可以在纳米通道内自发形成方向交替切换的内建电场，该内建电场不断改变荷电物质（盐、染料、有机酸/碱等）的运输方向，迫使其与通道壁反复碰撞，显著增大传递的内能消耗，降低传递速率，提高膜的截留能力。相反，均质通道内，反离子形成的双电层屏蔽表面电荷，降低通道-离子相互作用，且占据通道壁面附近的空间，驱使离子沿通道中心快速传递，膜截留率低。

荷电异质通道中内建电场分布及离子在异质和均质通道中的传递行为示意图

总结：作者设计荷电异质结构纳米片并组装为层状膜，通道内自发形成内建电场且电场方向交替切换。该类型的内建电场显著弱化均质膜内常见的双电层效应，强化通道-离子相互作用，驱使离子在通道内与壁面反复碰撞，增大传质内能消耗。同时，内建电场赋予通道更大的传质空间，水、乙醇、丙酮等中性分子在通道内快速传递，显著提高荷电物质与非荷电物质的选择性。该工作有望为离子传递与分离膜的设计提供新路径。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿

原文链接：

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