對于用作空氣凈化、海水淡化的分離膜來說，如果滲透性好了，雜質就會滲透進來，而如果膜對雜質的攔截性提高了，滲透性就差了。如何兼顧滲透性和攔截性，是行業難題。9月22日，國際學術期刊《科學》刊發的一篇研究成果，提出了一種新策略。在這篇論文中，南京工業大學領銜的科研團隊發明出“固態溶劑法”，并利用這種方法制備了具有超高含量納米材料的超薄分離膜，膜的厚度僅為50納米，而填入的納米材料的含量高達80%以上，實現了膜的滲透性和攔截性的數量級提升。

金萬勤團隊在研究討論膜樣品（從左到右分別為陳桂寧、金萬勤、劉公平）。南工大供圖

近年來，科學家一直在探索如何將高性能的納米材料摻雜在高分子材料中，以制備兼具滲透性和攔截性的混合基質膜。但受制于技術瓶頸，混合基質膜仍未大規模應用。

“有些納米材料有孔，而且是均勻的，在高分子材料做成的膜中，納米材料加得越多，膜中均勻的孔就越多，膜攔截雜質的效率和精度就越高。但問題是，以往把納米材料填入高分子材料后，二者不相溶，納米填料容易沉降。”論文的第一作者、南京工業大學陳桂寧博士告訴科技日報記者。

“針對這個問題，我們將納米材料的原材料溶解在高分子材料中，然后再將原材料通過反應轉化成納米材料，得到均勻、超薄的分離膜。”論文的通訊作者、南京工業大學金萬勤教授說，該方法既能讓納米填料和高分子材料相溶，又能在膜上形成均勻的孔隙，納米填料在混合基質膜中的含量遠遠超過高分子，實現了“反客為主”，為分子提供超快傳輸通道。

論文的共同通訊作者南京工業大學劉公平教授介紹，實驗表明，這種混合基質膜表對于氫氣和二氧化碳的分離性能高出傳統分離膜1至2個數量級。

“用‘固態溶劑法’更容易制備超薄的平板型和中空纖維型混合基質膜。”劉公平說，該方法適用于不同類型的填料和高分子基質，表現出良好的規模化制備前景與膜材料普適性。

“研究首次從實驗上證明了制備具有超高含量納米材料的超薄分離膜的可行性，也為發展基于納米材料的超薄分離膜及功能涂層提供了新思路和理論技術基礎。”金萬勤介紹，該混合基質膜在碳捕集等過程極具應用潛力，有望助力我國“雙碳”目標的實施。