近日，我院结构热力学与微纳化工团队在生物质分离膜材料研究方面取得新进展，研究成果以“Overcoming the trade-off in reverse osmosis membranes through homologous matching”为题发表在国际知名学术期刊Nature Communications上。该论文的共同第一作者为我校资源环境与材料学院2022级硕士生邵新宇和化学化工学院2022级博士生吕仕玉，通讯作者为化学化工学院赵双良教授、资源环境与材料学院程芳超副教授及胡冬英副教授，广西大学是第一单位和唯一通讯单位。
在全球淡水危机的背景下，利用生物质资源研发高性能分离膜材料，是促进生物质高值化利用和分离技术可持续发展的关键路径之一。三醋酸纤维素作为重要的生物质衍生材料，在反渗透脱盐领域展现出极大的发展潜力，但现有分离膜材料普遍面临共性科学问题——渗透性与选择性之间存在“此消彼长”的权衡问题，这严重制约了生物质分离膜材料和膜分离技术的高质量发展与应用拓展。针对上述问题，该团队选取三醋酸纤维素膜为研究对象，以生物质衍生的碳纳米材料为切入点，提出原创性的“同源匹配”界面聚合调控新策略，旨在解决三醋酸纤维素基反渗透滤膜的渗透性-选择性权衡难题。该策略的核心创新点在于：简单水热制备与聚合前驱体间苯二胺结构同源的碳量子点，并将其引入三醋酸纤维素与聚酰胺的界面聚合过程。通过碳量子点与间苯二胺单体间的同源结构相似性与分子相互作用，实现对界面聚合过程的精准引导与优化，从而调控聚酰胺层的交联密度与微观结构。研究发现，同源匹配机制可促进单体扩散、优化反应动力学，引导形成更薄、更致密且亲水性更强的分离层，同步提升反渗透膜的水通量与截盐率，成功破解传统膜材料渗透性与选择性的权衡问题。此外，由于碳量子点与间苯二胺之间形成的氢键网络，膜的耐氯稳定性也得到显著增强，克服了传统改性方法常伴随稳定性下降的缺点。分子模拟进一步揭示，碳量子点通过促进水簇传输、同时阻隔离子渗透，从而实现高效分离。该工作成功破解了纤维素基反渗透膜的权衡瓶颈，揭示了“同源结构匹配”在纳米材料-聚合物界面工程中的关键作用，为基于生物质原料的高性能绿色材料结构设计与性能提升提供了普适性新原理，有利于推动生物质资源的高值化利用，促进可持续膜分离技术向高效、稳定、环境友好的方向发展。
本研究得到了广西科技创新平台计划、广西科技重大专项、国家自然科学基金面上项目及广西大学自然科学与技术创新发展倍增计划等项目支持。
一审一校：孙 倩 危增曦
二审二校：文 欢 李丽敏
三审三校：徐 丽 尹诗斌
