利用膜分离技术将海水中的盐离子滤出以获取可饮用的低盐度淡水，是缓解当今饮用水资源紧缺的有效方法之一。分离膜中的微孔允许水分子通过，但阻隔离子，从而达到脱盐目的。然而膜易于水中溶胀，致使孔径增大，减弱对离子的阻隔作用，损害膜的去离子性能。近日，华南理工大学王海辉教授课题组联合德国汉诺威大学Jürgen Caro教授课题组，展示了一种利用Al3+插层抑制层状二维碳化钛（Ti3C2Tx，一种MXene材料）膜在水中溶胀的策略。相关研究成果已于Nature Sustainability上发表。作者们利用浓差扩散过程实现Al3+插层Ti3C2Tx。通过将抽滤Ti3C2Tx分散液形成的膜夹在一个U型管中间，并在一侧加入50 mL 0.2 M AlCl3水溶液，另一侧加入同体积的去离子水，静置约40 h后，Al3+可扩散入Ti3C2Tx层间（图1a）。插层的Al3+与Ti3C2Tx表面的氧原子形成Al—O键，牢固锁住Ti3C2Tx各层。另外，所制备的Al3+-Ti3C2Tx膜附着在聚醚砜（PES）膜上，柔性好（图1b、c）。元素分析表明Al3+被成功引入Ti3C2Tx层间（图1d）。图1.Al3+-Ti3C2Tx材料表征。（a）Al3+插层Ti3C2Tx过程示意图；插图：Al3+插层操作装置示意图（b-d）Al3+-Ti3C2Tx薄膜实物图（b)、截面形貌（插图：Ti3C2Tx层状形貌）（c）及元素分布（d）。标尺：（c）5 µm，插图：500 nm；（d）2 nm。图源：Nature Sustainability。Al3+-Ti3C2Tx膜在水溶液中溶胀程度小。X射线衍射测试表明，原始Ti3C2Tx膜在纯水或常见氯化盐水溶液中浸泡后，层间距从13.5±0.1 Å增大至16.5±0.5 Å（图2a）。而Al3+-Ti3C2Tx膜在相同浸泡条件下层间距从14.7±0.1 Å小幅增至15.1±0.2 Å（图2b）。溶胀程度减小得益于位于层间的Al3+对Ti3C2Tx各层的锁定作用。图2.（a）Ti3C2Tx和（b）Al3+-Ti3C2Tx膜在多种水溶液中浸泡后层间距变化。图源：Nature Sustainability。得益于减弱的溶胀程度，Al3+-Ti3C2Tx膜展现出比Ti3C2Tx膜更高的离子脱除性能。Al3+-Ti3C2Tx膜在合成海水中对四种主要阳离子的渗透速率均比Ti3C2Tx膜小近1-2个数量级（图3a），一价阳离子脱除率高近一倍，二价阳离子脱除率高~20%（图3b）。Al3+-Ti3C2Tx膜的NaCl脱除率高达89.5%-99.6%，水渗透率快 [~1.1-8.5 L/(m2 h)]，且性能在400小时内无明显衰减。图3. Ti3C2Tx和Al3+-Ti3C2Tx膜离子脱除性能。海水中四种主要阳离子的（a）渗透速率及（b）脱除率。合成海水中盐溶液浓度：0.0093 M KCl，0.42 M NaCl，0.029 M Na2SO4，0.011 M CaCl2，0.056 M MgCl2。图源：Nature Sustainability。更多信息（如计算模拟表征等）请参阅原文：
https://www.nature.com/articles/s41893-020-0474-0高分子科学前沿建立了“MXene”等交流群，添加小编为好友（微信号：polymer-xiang，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请入群。声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
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