近日，我院邵路教授团队提出以功能基团原位耦合调控策略合成具有均质化纳米孔和可调孔径的聚合物纳滤膜，突破可调均孔聚合物纳滤膜合成制备难题。研究成果以《高度均质化纳米孔聚合物膜实现超快水净化》（Polymeric Membranes with Highly Homogenized Nanopores Enable Ultrafast Water Purification）为题发表在《自然·可持续性》（Nature Sustainability）上。该成果突破了可调均孔聚合物纳滤膜合成制备瓶颈难题，使新型纳滤膜水处理效率得到大幅提升，为居民健康饮水提供保障。
传统分离技术通常基于能源密集型相变，化学工业中的分离过程需消耗约15%的能源，基于独特的速率控制分离机制的纳米限域分离膜技术在能源效率和环境友好方面表现出明显的优势。然而，目前在调控纳米孔均匀性的同时会降低纳米孔尺寸，极大限制了水分子在膜中传输。因此，构建同时具有均质化纳米孔和可调孔径的聚合物纳滤膜极具挑战。
针对此难题，邵路教授团队提出功能基团原位耦合调控策略，在纳滤膜孔形成过程中对反应单体和化学结构/尺寸进行特异靶向调节，同时控制纳米孔的均质化程度和孔径大小。通过基于肉桂酸酯中功能性羰基与反应单体通过氢键相互作用来调控单体均匀扩散，同时通过碳基骨架原位耦合调控化学结构/尺寸，最终合成构筑具有均质性纳米孔和可调孔径的聚合物纳滤膜。该研究中合成的聚合物纳滤膜表现出优异的水渗透性和选择性，其中，水渗透性提高了172倍，且选择性也提高了9%，实现了高效水净化功能。此外，团队通过分子动力学模拟和三维矩阵特征值算法分析了肉桂酸酯与反应单体的相互作用机制，揭示了功能基团原位耦合调控策略的机理。
哈工大为论文第一通讯单位。哈工大化工与化学学院邵路教授、张艳秋副教授，大湾区大学（筹）刘少敏教授等为论文共同通讯作者。哈工大化工与化学学院博士研究生黄军辉为论文第一作者，化工与化学学院郭靖副研究员、白永平教授、博士研究生杨帆，环境学院马军院士参与相关研究工作。
该研究获国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01371-1
可调均孔聚合物纳滤膜合成制备示意图
