贻贝过滤：纳米膜可有效过滤液体中的离子

每个人从小在沙坑里就知道：沙子是用筛子过滤的。较大的石头会卡住，而细沙会从筛子里掉出来。制作咖啡时也使用了同样的原理：水和芳香物质可以不受阻碍地通过，而细粒的咖啡粉会粘在咖啡过滤器上

然而，纯粹按尺寸过滤已不足以清洁或分离化学物质，例如水中的着色剂或各种带电原子，即所谓的离子。例如，需要更复杂的方法来分离大小相似的不同离子

在生物系统中，细胞膜已经可以通过允许在筛子的薄“孔”中发生额外的化学过程来进行这种分离过程。然而，在人工生产的筛子中，这仍然是一个重大挑战

由主任Tanja Weil领导的“大分子合成”部门的组长Christopher Synatschke领导的科学家们现在成功地生产了一种厚度仅为20纳米的膜，可以有效地分离不同类型的离子，甚至是染料的混合物

膜由一种与贻贝产生的物质非常相似的物质组成：聚多巴胺。使用电聚合过程，聚多巴胺膜可以以具有亚纳米级通道（即筛孔）的方式生产

就像生物细胞膜一样，这些筛孔具有特殊的表面化学性质。例如，这使得分离单价离子（如单电荷钠）和二价离子（如双电荷镁）成为可能，尽管它们的大小相似

研究人员将他们的膜的效率与其他膜进行了比较。在这里，他们能够实现单价离子和较大物种之间的显著选择性分离，比迄今为止生产的任何其他膜都更有效

研究人员希望能够从新的聚多巴胺膜中开发出新的应用，因为这种材料不仅环保、生物相容，而且特别容易进行化学定制

这项研究发表在《先进材料》杂志上 More information: Jiyao Yu et al, Ion and Molecular Sieving With Ultrathin Polydopamine Nanomembranes, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202401137

Journal information: Advanced Materials