水合层介导筛分离膜

近零摩擦分离单价离子

通过在共价有机框架单层孔缘锚定水合离子形成动态埃级孔道，利用水合层融合与挤压的吸引与排斥作用，无需完全脱水即可精确区分单价离子，同时实现高选择性与高渗透性。

杨金雷 · Tu, Bin · Liu, Yawei · Sai, Xu · Xie, Han · Zhouwen, Cao · Xu, Shuting · Yue, Ying · Sun, Zhifei · Fang, Munan · 张晓鹏 · 施兴华 · 李连山 · 唐志永

Nature Nanotechnology 2026

参数信息

K+/Li+ 选择性

148

Na+/Li+ 选择性

42

K+ 渗透率

2 × 10^4 mol m^-2 h^-1

输运活化能

5.5 kcal mol^-1

技术优势

免脱水仍高选择性

通过水合层融合与挤压产生的吸引和排斥作用调节离子输运，无需克服脱水能垒，在保持高选择性的同时降低能耗。

选择性提升百倍

在 ΔC = 1 M 的浓度梯度下，K+/Li+ 选择性达到 148，Na+/Li+ 选择性为 42，远超传统膜。

输运近零摩擦

活化能低至 5.5 kcal mol^-1，说明离子通过孔道时几乎无摩擦，极大降低分离能耗。

应用场景

• 单价离子筛分：用于从混合离子中精准分离单价阳离子，替代高能耗的脱水筛分工艺。
• 共价有机框架膜：作为新型 COF 膜的功能层，利用孔缘锚定水合离子实现动态埃级孔道。
• 微流控离子分离：在微流控芯片中集成该膜，实现低能耗、高选择性的离子筛分。
• 盐湖提锂：可从盐湖卤水中高效提取 Li+，同时排斥 K+、Na+，提升锂纯度。