Angew：一种柔性可控的球形聚电解质刷助力二维通道中的超快水传输

Nanoyu

2021-06-18

快速的水传输通道是用于与水相关的膜分离过程的关键。然而，克服助熔剂和选择性之间的权衡仍然是一个重大挑战。

近日，华东理工大学徐至特聘研究员，南京工业大学金万勤教授，Kang Huang报道了将功能性PAA-SPBs与亲水性柔性PAA聚电解质链合理地结合到GO 2D有限空间中，成功地在膜中制造了快速的水传输通道，同时阻碍了丁醇分子的传输，提供了超过迄今为止所报道的大多数最先进的膜的通量和选择性。

文章要点

1）研究人员构建了具有高亲水性聚电解质刷层的球形聚电解质刷子（SPB）结构，并将其引入GO层压板中，从而提高了通量和分离因子。在70 ℃时，膜通量达到5.23 kg m^-2 h^-1，丁醇/水的分离因子增加到8000左右，是迄今为止。所报道的选择性最高的膜之一。

2）值得注意的是，通过QCM-D技术、对比实验和分子动力学模拟，研究人员证实了聚电解质链的亲水性和柔性在丁醇渗透汽化脱水过程中的关键作用。特别值得注意的是，溶剂中聚电解质链的结构状态与水的传输性能密切相关，这一点迄今为止，一直被人们忽略。

3）这项工作有望导致人们更多地关注所结合材料的固有特性，包括柔性、极性和亲水性等，这些特性可以用来制造具有高效、快速水传输通道的出色的膜。此外，SPBs的独特结构可能会导致其他材料的改性，如MOF晶体和TiO₂纳米颗粒，也可能为其他2D膜（如MXenes、2D MOF、2D COF等）的设计提供更多的可能性。

4）研究人员利用高度亲水性、高度柔性和可控性的聚电解质链设计和具有优异水传输能力的2D受限通道产生了优异的2D膜，在生物燃料生产、水修复和废水处理应用以及许多其他工业水过程中具有巨大的应用潜力。

参考文献

Liheng Dai, et al, Ultrafast Water Transport in Two-Dimensional Channels Enabled by Spherical Polyelectrolyte Brushes with Controllable Flexibility, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI： 10.1002/anie.202107085

https://doi.org/10.1002/anie.202107085