高效离子分离膜在盐湖提锂、高盐废水处理和关键金属资源回收等领域具有重要应用前景。近年来，课题组围绕水处理功能膜材料与离子选择性传输机制开展了持续研究(Angew. Chem. Int. Ed.2022, 61, e202115443; Nat. Commun. 2023, 14, 4907; Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 6835; J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 17144)，构建了系列亚纳米通道膜材料，并系统探讨了通道结构、电荷及离子间相互作用等因素对离子传输与分离行为的影响，为复杂水体中关键离子的高效分离与资源化回收奠定了良好研究基础。

当前，离子分离膜通常通过在通道内部引入功能分子以提高离子选择性。然而，通道内部功能化在增强离子识别的同时，往往会增大离子传输阻力，导致渗透性能下降。因此，如何在强化离子选择性分离的同时保持离子快速传输，是高性能离子分离膜设计中亟待解决的问题。针对这一问题，课题组博士生余航、博士后许荣明等受生物离子通道入口选择性过滤结构启发，提出了“通道入口定向功能化”的膜结构设计新策略。利用Ti₃C₂T_x纳米片边缘与基面间的电荷差异，将α-环糊精分子定向锚定于层状膜亚纳米通道入口处，而非填充通道内部，从而在空间上实现“入口识别”与“通道传输”的功能解耦。研究表明，该通道入口定向功能化策略能够在保持单价离子快速传输的同时显著提升单价/二价阳离子的分离选择性。此外，研究发现，通道入口处的α-环糊精识别位点能够诱导不同水合结构离子形成差异化传输路径：单价阳离子更易与环糊精富氧位点发生配位并快速通过，而二价阳离子因水合壳层更稳定，难以获得能量补偿，从而面临更高的入口传输能垒。该研究突破了传统膜设计思路，为高性能离子分离膜设计及盐湖提锂、高盐废水资源化等应用提供了新的理论依据和技术启示。

图1. 通道入口定向功能化策略兼顾离子选择性与渗透性

本文来源：环境功能材料与水污染控制。

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