创新：美科学家设计出3D纳米仿生膜

仿生材料在工业和生物医学领域有巨大的应用，其中具有高渗透性和选择性的纳米仿生膜在废污水净化处理、气体纯化和分离以及新型储能技术等领域具有广阔的应用前景。近年来，人们逐渐认识到仿生纳米膜材料的价值，其合成技术也得到了快速发展。最近，美国科学家提出了3D纳米仿生膜的新颖概念，并验证了3D纳米仿生膜在分子分离应用上的优势。

该3D纳米仿生膜突破了传统常规膜的结构局限性，由两个三维交织的通道组成，这两个通道由一层连续的纳米薄的非晶态TiO2层隔开。相比传统膜，这种3D架构极大地增加了6,000倍的表面积。加上通过2-4 nm薄的选择性层的超短扩散距离，该3D膜可实现超快的气体和水传输，其速度约为900 L·m^-2·h^-1·bar^-1。同时，3D膜还具有基于尺寸和电荷的联合排阻机制，这导致了非常高的离子截留率（铁氰化钾的R?100％）。

高离子排斥和超快渗透的结合使3D纳米仿生膜优于目前先进的高通量膜，可实现远高于传统高分子膜的超高通量、高选择性分离，因为高通量膜的性能受到通量-射流折衷关系的限制。

值得一提的是，作为锂电池的关键材料之一，隔膜具有隔离正负极并阻止电子穿过，同时允许离子通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输的重要作用。隔膜性能的优劣直接影响电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏。这种3D仿生纳米膜最终的Li⁺选择性超过多硫化物或气体，有望解决锂硫或锂O2电池等储能方面的主要技术挑战。

参考文献：Tongshuai Wang, et al. 3D nm-Thin Biomimetic Membrane for Ultimate Molecular Separation. Materials Horizons, 2020.DOI：10.1039/d0mh00853b