二维膜在分子分离和传输方面表现出优异的性能，这揭示了它在各种应用中的潜在用途。然而，由于插层诱导的溶胀，2D膜的离子筛分受到严重抑制。

近日，西安建筑科技大学王琎报道了使用Keggin Al₁₃聚阳离子作为Ti₃C₂T_x薄膜中的支撑柱（Al₁₃-Ti₃C₂T_x膜（ATM））以有效地稳定层状结构。更重要的是，层间距可以很容易地在很大范围内（2.7-11.2 Å）以埃级精度进行调整，从而实现选择性和可调的离子筛分。

文章要点

1）研究人员通过选择性地刻蚀块体Ti₃AlC₂相并按照最小强度分层（MILD）法分层而得到Ti₃C₂T_x纳米片。经过剧烈握手（vigorous handshaking）分层后，获得深绿色的Ti₃C₂T_x纳米片状胶体溶液。Ti₃C₂T_x纳米片横向尺寸主要分布在1.5至2μm之间，平均厚度约为1.0 nm，同时纳米片表面带负电。研究人员通过Al³⁺水溶液的碱水解形成Keggin Al₁₃聚阳离子（AlO₄Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂⁷⁺），并将其用作插层剂。在两种分散液完全混合后，由于带有相反的电荷，Al₁₃聚阳离子通过强静电力被牢固而均匀地锚定在Ti₃C₂T_x纳米片的表面上。

2）研究发现，d-间距较窄的ATM膜表现出更高的单价离子选择性。当用于正向渗透淡化过程时，ATM膜表现出高的NaCl排阻率（99％）和快速的水通量（0.30 L m^-2 h^-1 bar^-1）。而具有宽d-间距的膜则显示出优异的选择性，这取决于阳离子化合价。当将其用于从铁基工业废水中回收酸时，该膜表现出良好的H⁺/Fe²⁺选择性，这使其成为传统聚合物膜的有希望的替代品。

该研究提供了一种有效策略来构建具有合适结构的2D膜，以满足在各种环境，资源和能源相关应用中不同的离子筛分要求。

Jiani Zhu, et al, Precisely Tunable Ion Sieving with an Al₁₃−Ti₃C₂T_x Lamellar Membrane by Controlling Interlayer Spacing, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c05649

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c05649