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05
2026
-
08
ACS Nano: 从“层间缝隙”到“分子腔道”，石墨烯氧化物膜的纳米通道重构新范式
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背景
在纳米限域体系中，传质行为不仅取决于通道尺寸，还深受界面化学环境、溶剂结构及通道稳定性的共同影响。二维层状膜，尤其是石墨烯氧化物（GO）膜，因其层间可调的狭缝通道，被视为实现*水/盐分离的重要平台。然而，在实际水处理过程中，GO层间结构*易受到水化膨胀与压力驱动变形的影响，导致原本*调控的通道尺寸在运行中发生偏移甚至失稳，从而削弱分离选择性。这一“结构表征与实际运行不一致”的问题，使得单纯依赖层间距调控难以实现稳定而*的分子筛分。因此，如何在复杂水环境中同时维持通道结构稳定性并优化局部传输环境，成为二维膜材料发展的核心挑战。
创新
近日，日本神户大学松山秀人、管科成教授团队提出了一种“层间孔径重构”策略，通过“结构锁定+分子腔调控”的分级设计，实现GO纳米通道的稳定化与功能化协同优化。首先，利用抗坏血酸诱导的化学转化对GO层间结构进行“锁定”，有效抑制水化膨胀与压力诱导的层间滑移，使原本动态不稳定的狭缝通道转变为稳定、可操作的传输路径。在此基础上，引入具有*定义空腔结构的环糊精分子作为“分子级调控单元”，嵌入已锁定的层间通道中，对局部传输微环境进行重构。这种“狭缝–腔体耦合”的新型通道结构，在不破坏整体层状框架的前提下，重新分配自由体积、调节水分子氢键网络，并调控离子–界面相互作用，从而在水与离子的传输过程中实现精细区分。最终构建的膜体系在Na₂SO₄和NaCl分离中分别实现约99.8%和95%的高截留率，同时兼顾良好的水通量与结构稳定性。
意义
这一工作突破了传统二维膜设计中“单一维度调控”的局限，将通道稳定性与局部微环境调控有机结合，提出了从“结构锁定”到“功能重构”的分级设计新范式。相比简单缩小层间距或填充功能组分的方法，该策略通过引入分子腔实现对纳米通道内部传输机制的主动调控，在提升分离性能的同时避免了通量损失。更重要的是，这种“狭缝–腔体协同”的设计理念具有良好的普适性，可推广至其他二维层状材料及纳米限域分离体系，为复杂水体系中多组分精细分离提供了新的解决思路，也为构建稳定、*、可调控的纳米流体通道体系奠定了重要基础。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/wXwxH975JmmTvLEE-1w2uQ
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