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资源绿色循环是水污染控制低碳化的必由之路，纳米孔介导的限域分离过程则是实现水中诸多物质（包括污染物）资源化的基础单元；与此对应，解析基于纳米限域效应的离子传输机制对于水中金属离子的绿色高效分离与资源化具有重要意义。近年来，潘丙才教授团队聚焦水处理纳米限域效应的基础探究与技术创新开展了持续研究(PNAS 2019, 116, 6659; Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 8509; Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1909014; Environ. Sci. Technol. 2021, 55, 665; Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 826; Nat. Commun. 2024, 15, 917; Nat. Commun. 2024, 15, 2808)，在水处理纳米材料的限域生长、限域吸附、限域催化等方面取得了重要进展。近期，团队围绕限域分离方向，构建出系列亚纳米通道膜并阐明了纳米限域通道结构(Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115443)、通道电荷(Nat. Commun. 2023, 14, 4907; Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 6835)等限域特征对离子运输与分离的调节机制。

当下，纳米限域效应介导的离子传输机制研究主要关注离子-通道相互作用过程对传输效率的影响。真实水处理与资源化场景往往是多离子共存体系，但离子-离子相互作用对目标离子限域传输的影响知之甚少。针对上述问题，团队许荣明博士等研究发现，聚酰胺功能化的亚纳米通道能够放大离子间相互作用，进而显著影响离子的传输速率与分离效率。在亚纳米限域通道内，部分脱水后的离子间相互作用强于开放体系，阳离子以"离子对"形式传输，水合能小的阳离子更易与阴离子成对，在通道内实现快速传输；水合能大的阳离子则更易与通道内自由水分子结合，并被限制在阳离子结合位点附近，传输速度变缓。限域通道内的相邻阴阳离子结合位点能够促进"离子对"的形成并放大"离子对"效应，从而显著提升多离子真实场景下亚纳米通道的离子分离效能。

图1."离子对"效应调节金属离子运输与分离机制

该研究工作以"Regulate Ion Transport in Sub-nanochannel Membrane by Ion-pairing"为题，发表在知名学术期刊Journal of the American Chemical Society上（原文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c02722）。团队博士后许荣明为论文的第一作者，张炜铭教授、张西旺教授（昆士兰大学）、潘丙才教授为通讯作者，团队博士生余航、硕士生任佳纯、莫纳什大学博士后康源、昆士兰大学博士后王祝愿、墨尔本大学刘哲教授、博士生冯帆、茄子视频 化学化工学院彭路明教授、博士生夏晓丽为共同作者。研究得到了国家自然科学基金（U22A20403, 21925602）、澳大利亚研究理事会ARC未来学者研究基金（FT210100593）、上海同济高廷耀青年博士生杰出人才奖学金以及中国科学院生态中心奥加诺（水质与水环境）奖学金资助。