近日，鄭州大學(xué)化工學(xué)院王景濤教授團(tuán)隊(duì)在荷電物質(zhì)（各類鹽、染料、有機(jī)酸/堿）分離方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)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(yán)重的資源和環(huán)境問(wèn)題推動(dòng)著先進(jìn)膜分離技術(shù)的快速發(fā)展。然而，已開(kāi)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(fù)電荷域在層間通道內(nèi)自發(fā)形成內(nèi)建電場(chǎng)，且電場(chǎng)方向交替切換，有效弱化通道內(nèi)的雙電層效應(yīng)。該內(nèi)建電場(chǎng)迫使荷電物質(zhì)與通道壁反復(fù)碰撞，增大傳遞過(guò)程內(nèi)能消耗，膜對(duì)各類荷電物質(zhì)均實(shí)現(xiàn)高達(dá)99%截留能力；內(nèi)建電場(chǎng)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(dá)19 L/(m2 h bar)）。借助此新型通道，該團(tuán)隊(duì)對(duì)經(jīng)典物理學(xué)中的類平拋運(yùn)動(dòng)模型方程進(jìn)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和限域傳質(zhì)機(jī)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(guó)際知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。論文第一作者為化工學(xué)院博士研究生陳沖沖和鄭州大學(xué)河南先進(jìn)技術(shù)研究院吳曉莉研究員，王景濤教授和天津大學(xué)姜忠義教授為共同通訊作者，鄭州大學(xué)為第一完成單位。

該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和鄭州大學(xué)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助支持。

文章鏈接：

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

內(nèi)建電場(chǎng)主導(dǎo)的高效荷電物質(zhì)截留