具有分子/離子級(jí)超高選擇性傳輸納米通道的人工納米流體裝置可用于高效分離、催化、離子整流、生物傳感器以及能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。隨著碳納米管、二維納米片、多孔框架和水通道蛋白的興起，具有尺寸接近滲透分子/離子的納米通道的納米流體裝置正吸引著新興的興趣。但大多數(shù)納米流體裝置的制備涉及復(fù)雜的納米化學(xué)，例如費(fèi)力的納米蝕刻、低效的剝離和模板。此外，高能耗和有限的膜尺寸仍然是未解決的挑戰(zhàn)。聚合物具有良好的成膜能力，然而，通常動(dòng)態(tài)聚合物鏈?zhǔn)窍嗷ダp繞和緊密堆積的，此種膜結(jié)構(gòu)不僅增加了傳質(zhì)阻力，而且降低了分離精度。已有研究表明基于MOF的膜表現(xiàn)出改善的水滲透性，但是在膜中形成無晶間裂紋的連續(xù)納米通道是非常困難的。此外，與前沿的納米流體膜相比，這些膜的透水性較差，合成復(fù)雜。因此，制備高效的聚合物納米流體膜仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

為了解決以上問題，北京工業(yè)大學(xué)安全福教授課題組提出了剛性支架增強(qiáng)聚合物納米粒子的界面通道來構(gòu)建納米流體膜的策略，通過在由兩性離子多巴胺納米粒子 (ZNP) 組成的聚合物膜中限制生長(zhǎng)超薄MOF來自下而上合成模塊化納米流體。MOFs在ZNPs上的受限生長(zhǎng)減少了ZNPs之間的鏈纏結(jié)，導(dǎo)致剛性界面通道增強(qiáng)了水分子通過膜的納米流體傳輸。MOF@ZNPM 的水滲透性和溶質(zhì)選擇性都提高了1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，創(chuàng)造了聚合物納濾膜的高性能紀(jì)錄。同時(shí)該膜納米流體裝置不僅在水處理和染料脫鹽方面具有巨大的潛力，而且在催化、離子門控和生物傳感方面也有前景。

文章亮點(diǎn)：

1、由于界面增強(qiáng)效應(yīng)與化學(xué)交聯(lián)效應(yīng)，ZIF-8@ZNPM是剛性和耐壓的，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，不像松散的納濾膜容易受到壓力和操作時(shí)間的影響，在整個(gè)70小時(shí)運(yùn)行過程中，ZIF-8@ZNPM的水滲透率保持在≈200 Lm-2h-1bar-1，對(duì)剛果紅/Na2SO4選擇性保持在≈9。

2、ZIF-8@ZNPM 中納米通道的水滲透率 (4032 Lm-2h-1bar-1 ) 比通過塊狀ZIF-8晶體和原始ZNPM的水滲透率高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，并且高于所有在錯(cuò)流條件下運(yùn)行的納濾膜（包括由CNT、GO、MOF和COF制備的納米流體膜），其超高透水性主要?dú)w因于納米通道中的納米流體流動(dòng)。

3、ZIF-8@ZNPM在濃度范圍廣的染料分子/無機(jī)鹽類多種類型的染料脫鹽方面具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)Na2SO4濃度升高時(shí)，ZIF-8@ZNPM 對(duì)染料分子選擇性值從≈9.2 增加到≈20.7。ZIF-8@ZNPM 的超高溶質(zhì)選擇性超過了目前報(bào)道的最優(yōu)的膜，因?yàn)閆IF-8@ZNPM 的納米通道孔徑 (0.89 nm) 遠(yuǎn)大于水合離子直徑 (<0.86 nm)，因此所有無機(jī)鹽都可能快速通過膜。此外，由于滲透壓的增強(qiáng)以及帶負(fù)電荷的ZIF-8@ZNPM 與陽離子之間的靜電相互作用，鹽的滲透性和染料/鹽的選擇性得到進(jìn)一步提高。

4、除了ZIF-8@ZNPM，更多多孔的MOF（例如HKUST-1、ZIF-11）很容易在聚合物納米模板周圍生長(zhǎng)，以使用相同的方法制備一系列膜納米流體。這些膜都表現(xiàn)出相似的孔隙層次和超高透水率。

圖 1. ZIF-8@ZNPM膜分離性能

圖 2. ZIF-8@ZNPM膜染料脫鹽性能