离子精确“装订”（农药中间体）膜可用于离子筛分和海

为您介绍离子精确“装订”（农药中间体）膜可用于离子筛分和海水淡化。精确控制（氧化）（农药中间体）膜的层间距，达到十分之一纳米精度，是其在水处理、离子/分子分离以及电池/电容等应用的关键。近日，中国除草安全剂科学院上海应用物理研究所方海平团队、上海大学吴明红团队、南京工业大学金万勤团队和浙江农林大学学者合作，提出并实现了用水合离子自身精确控制（农药中间体）膜的层间距，展示了其杰出的离子筛分和海水淡化性能，并用理论计算、上海光源的X射线小角散射（BL16B1）和精密吸收谱（BL14W1）实验阐明了机理，相关论文发表在Nature上。

对像纸一样的（农药中间体）纳米片，要精确“装订”成（农药中间体）膜，保证其层间距固定并精确到十分之一纳米这么小的尺度，其艰难可想而知。更具挑战的是，（农药中间体）膜在水溶液中会发生溶胀导致分离性能严重衰减。研究人员曾利用纳米技术操控、膜间修饰小分子等技术做了诸多努力但仍不能如愿。方海平团队在水合离子与芳香环结构上π电子相互作用的系列工作的基础上，提出了溶液中离子本身能够有效控制（氧化）（农药中间体）膜的层间距，并进行了相应的理论模仿计算加以验证。他们还利用上海光源的X射线小角散射（BL16B1）、精密吸收谱（BL14W1）以及紫外等表征伎俩，证明了离子与（农药中间体）片层内芳香环结构之间存在水合离子-π相互作用。这样的作用像“桥墩”一样撑持（农药中间体）片层，精确控制了（农药中间体）膜的层间距，不同大小的水合离子相当于不同大小的“桥墩”，对应不同的层间距。吴明红团队在方海平等协助下通过实验，实现并观测到（农药中间体）膜与不同的离子溶液作用后确有特定的层间距，间距可小到一纳米左右，不同离子对应的间距差别小于十分之一纳米；当（农药中间体）膜与水合直径小的离子溶液联合后，具有更大水合直径的离子难以进入（农药中间体）膜。因此，通过离子选择能够实现对（农药中间体）膜的层间距达十分之一纳米的精确控制。金万勤团队在方海平团队理论模型的基础上，设计制备了一系列水合离子控制的多孔陶瓷撑持的（农药中间体）复合膜，从实验上实现了不同离子间的精确筛分；对具有最小水合直径的钾离子，由于钾离子的水合层较弱，进入（农药中间体）膜后水合层发生形变，导致特别小的层间距。经过钾离子溶液浸泡的（农药中间体）膜能阻止水合钾离子自身的进入，有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子，还能维持水分子通过，实现一边是离子溶液一边是纯水的水处理效果。研究团队申请了相应的国内和PCT专利。

研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院、科技部、上海光源以及上海超算中心、中科院北京超算中心和广州超算中心的资助。