|
|
|
张鹏程同学和王琳博士关于葫芦脲分子支撑的MXene二维层状膜用于高效纳滤的工作被Advanced Science接收，热烈祝贺！
二维层状膜因具有原子尺度超薄结构以及规整可调的二维通道而表现出低膜阻、高通量、精确尺寸筛分等优点，已在海水淡化、高效纳滤和气体分离等领域表现出广阔的应用前景。然而目前二维层状膜普遍存在相邻堆叠纳米片之间相互作用较弱的问题，因此在大量溶剂分子与客体分子/离子存在时极易引起膜的溶胀和结构劣化，这严重制约了其在水处理领域的实用性。
受到章鱼触手吸盘的超级粘附力启发，核能放射化学实验室筛选出具有“多位点”作用能力的环状分子葫芦脲[5]（CB5），利用其作为层间支撑客体与Ti3C2Tx MXene纳米片进行组装，构筑了一种新型无机-有机杂化二维层状膜（TBM）。实验结果和DFT计算表明，CB5通过两端的多个结合位点与MXene表面的羟基官能团形成强相互作用，进而使得其铆定在纳米片表面，在可控增加层间通道高度的同时大幅提高二维层状膜的结构稳定性。这种生物启发制备的分离膜对模型染料分子（甲基蓝）展现出优异的纳滤性能，在相同的去除率下其水通量性能优于绝大多数已报道的膜材料。受益于高盐度下良好的抗溶胀性，TBM在模拟海水中可选择性分离碳酸铀酰离子，而常见的金属离子（如Na+和Mg2+等）则大部分穿透分离膜。此外，进一步研究发现，基于尺寸截留以及电荷排斥的双重协同作用机制，TBM在天然海水中也可实现对铀的选择性富集。这项工作不仅丰富了纳米尺寸层间通道二维层状膜的稳定构筑策略，还为环境中染料分子的纳滤净化以及大尺寸金属配离子的选择性富集与资源化利用提供了一定的参考借鉴。
此项目得到了国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金面上项目以及中国科学院青年创新促进会的资助支持。
文章信息：Peng-cheng Zhang#, Yu-juan Zhang#, Lin Wang*, Kai-kai Qiu, Xiao-yi Tang, John K. Gibson, Xue Liu, Lei Mei, Shu-wen An, Zhi-wei Huang, Peng Ren, Yi Wang, Zhi-fang Chai, Wei-qun Shi*. Bio-inspired macrocyclic molecule supported two-dimensional lamellar membrane with robust interlayer structure for high-efficiency nanofiltration. Adv. Sci. 2022, accepted. (The first two authors contributed equally to this work)