近期，姜忠义教授课题组在中国化学会创办的高水平旗舰期刊《CCS Chemistry》（IF = 9.4）在线发表题为“Artificial Water Channel-MXene Membranes for Enhanced Desalination”的研究论文。我院博士研究生易凡为论文第一作者，教育部客座教授姜忠义教授、海南大学黄礼博副教授和法国国家科学研究中心Mihail Barboiu教授为论文共同通讯作者。

MXene作为一种新型二维过渡金属碳/氮化物材料，具有高比表面积和丰富的表面官能团，在水处理领域展现出独特优势。其片层结构使其能堆叠形成层状膜，理论上可实现精准的分子筛分。然而，在实际水处理过程中，MXene二维膜因其亲水性强导致溶胀现象，造成层间距膨胀，严重影响其分离性能。人工水通道（AWCs）受生物水通道蛋白启发设计，相比而言具有更强的物理和化学稳定性，且与多种合成材料的兼容性更好，其模块化设计特性更便于与聚酰胺、石墨烯等基体材料复合构建高性能仿生复合膜。AWCs的超分子结构具有精确设计的水传输通道（直径约为3 Å，不仅可实现水分子单链式或水分子簇式快速传输，还能通过空间位阻和电荷排斥效应实现完全离子排阻，在水处理膜等领域具有广阔的应用前景。

海南大学姜忠义教授团队合成了前期报道的H4和HC8两种烷基脲基单体，通过自组装分别构建羟基人工水通道（Hydroxy channels）和咪唑四聚体水通道（I-quartet AWCs）。采用真空辅助自组装法将AWCs嵌入MXene膜层间，成功制备出功能化的H4-Ti₃C₂T_x和HC8-Ti₃C₂T_x膜。AWCs插层后，复合膜的水通量和截盐率均显著提升，同时其抗溶胀和抗污染能力增强。针对Na₂SO₄溶液的分离，H4-Ti₃C₂T_x膜的水通量高达6.08 ± 0.18 L m^-2 h^-1 bar^-1，截盐率达97.03% ± 1.94%，并且在7天的长周期应用中分离性能未明显下降。本研究证实了人工水通道在MXene膜中应用的可行性，所采用的制备方法具有通用性。该工艺有望拓展至其他类型的人工水通道或膜材料，如COF、MOF和聚合物等，为开发新一代智能分离膜提供了重要技术路径。

此工作得到了国家重点研发计划（2022YFB3805200）和海南大学科研基金（KYQD(ZR)-22061）的资助。

全文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202405207

撰稿：黄礼博

编辑：李诗琪

审核：潘福生