阳离子插层调控Ti3C2Tx MXene膜纳米通道水传输性能的机制研究

研究人员通过实验与理论相结合的方法，探究了K+、Na+、Li+、Ca2+和Mg2+插层对Ti3C2Tx MXene膜纳米通道结构及水通量的调控作用。创新性地采用聚乙烯醇中间层增强膜机械强度，发现阳离子水合直径增大可扩展层间距，使水通量提升近一倍（31.45→61.86 L m?2 h?1），为MXene膜性能优化提供新策略。

　　

阳离子在Ti₃C₂T_x MXene膜中的插层行为如同精准的"分子尺"，其水合直径直接决定了纳米通道的宽度——当K⁺、Na⁺等较大水合半径的阳离子嵌入时，就像在二维层状结构中撑开了微型水闸，使层间距显著扩张。这种结构变化带来双重效应：既延长了水分子的滑移长度（slip length），又像拓宽高速公路般将水通量从31.45 L m^?2 h^?1飙升至61.86 L m^?2 h^?1。研究团队巧妙引入聚乙烯醇（PVA）"分子胶水"，成功解决了MXene与聚合物基底的粘附难题，使这种"离子可编程"的纳米流体器件兼具优异机械强度。该发现为设计智能水处理膜提供了新范式，通过简单更换插层离子即可精确调控输水性能。