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

点击数:    |    加入时间:2022-09-27

365体育直播新闻网9月27日电(通讯员 魏茜)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,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

(审核:李红捷)

编辑:贾爱平


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