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31
2026
-
03
Nat. Commun.: 限域分子封装构筑高选择性氟/氯分离新体系
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背景
单价离子的分离是水处理与资源利用中的重要挑战，其中F⁻与Cl⁻由于电荷相同、尺寸相近，传统膜几乎无法有效区分。过量F⁻还会对人体健康造成危害，使这一问题更具现实意义。自然界提供了理想范式：生物离子通道通过Å级孔道、特定化学位点及非对称结构，实现对特定离子的高选择性识别与快速传输。然而，将这种“分子识别+限域传输”的机制引入人工膜体系仍面临挑战，尤其是在规模化与结构可控性方面。近年来，MOF基混合基质膜（MMM）被认为是构建仿生通道的潜在平台，但其仍存在MOF分散不均、界面兼容性差、成核慢等问题，导致性能受限。
创新
近日，南京工业大学孙世鹏教授团队提出了一种“限域分子封装策略”，实现了仿生离子通道在聚合物膜中的原位构筑：
成核动力学同步调控：通过分子封装策略，使MOF前驱体在聚合物中原位生长，并转化为连续的金属有机凝胶（MOG）网络；
界面相互作用增强：利用限域环境强化MOG与聚合物之间的范德华力与氢键作用，实现均匀分散与高界面兼容性；
连续仿生通道构建：MOG网络替代传统离散MOF颗粒，形成类似生物离子通道的连续传输路径；
离子整流与选择性协同：通过有序MOF阵列与表面电荷分布的协同作用，实现离子整流效应，从而增强F⁻识别与传输；
性能显著提升：实现F⁻/Cl⁻分离系数高达32，并表现出典型的离子电流整流行为。
该策略本质上实现了“结构构筑–界面调控–传输机制”三者的协同设计。
意义
该工作为高精度离子分离提供了全新的设计思路：
机制突破：从传统尺寸筛分转向“分子识别+电场调控+整流效应”的多机制协同；
结构创新：通过MOF→MOG转化，构建连续、可调的仿生纳米通道；
工程潜力：避免复杂刻蚀与纳米制造，实现MMM体系中的可规模化构筑；
应用拓展：为饮用水除氟、资源回收及纳流控器件提供新平台。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/3SAHLBbXRUWdlUpCeR-G-w
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