定制化的节能无机膜，为更清洁的未来而生
一项合成策略的突破使得无机膜的开发和制备更加容易，这些膜专注于节约能源，并且具有高度可定制的特点，可能彻底改变许多行业的运作方式，以实现更大的可持续性。
无机膜可以被视为是厨房中的过滤器。与筛子将小颗粒从大颗粒中分离的方式类似，无机膜通常由多孔的陶瓷或金属制成，应用在基于物质大小和性质差异的选择性分离领域。
在这项开创性的研究中，新加坡国立大学设计与工程学院的一组研究人员，在电机与电脑工程系的何锦韦(Ho Ghim Wei)教授的带领下，开发出了一种生产各式各样超薄无机膜的革命性技术。而且，这些独立式膜能在没有任何支撑基材的条件下发挥功能，这是膜技术的一项重大进展。
以通用简便的合成策略为基础，这些高度可定制且生产灵活的无机膜具有超越传统过滤和分离的应用潜力。从能量转换、催化到传感，无机膜的丰富功能性可能会改变依赖膜技术的各个领域和行业。通过促进工业过程的效率和可持续性，新加坡国立大学科学家的开创性研究为克服气候变化带来的能源危机挑战提供了全新的可能性。
重塑膜技术
众所周知，用于净化和分离过程的传统膜技术是能源密集型的，通常需要通过压力、热力和化学物质的组合才能有效运作，因此价格昂贵。此外，膜必须定期清洁和修复，而过滤后的成分通常需要进一步的处理，这些都将导致额外的能源需求和成本消耗。
这种传统膜技术的局限性，成为何教授团队的博士后研究员张辰(Zhang Chen)博士开发一种高效无机膜的通用合成策略的动力。张博士的方法涉及在液体环境中驯化混乱且自由浮动的无机颗粒积木，引导它们在水面自组装形成所需的膜。这种灵活可调的过程为特定应用量身定制膜的厚度和孔径参数提供了有效手段，以实现最大化的能源效率。
“跳出传统思维定式，这项研究进一步启发了我们从多个层面来重新思考新型无机膜的开发模式。”张博士补充道。
新加坡国立大学的科学家们提出了各种无机膜的通用合成指导，其他研究人员可以利用它开展各自的研究，这可能会以一种可扩展且低成本的方式，刺激更多成分独特的新型膜的开发和利用。
从结构角度来看，这些膜将比传统膜具有更广泛的几何多样性，在设计膜结构时提供更多的灵活性和选择性。
此外，该研究还拓宽了膜的功能，将它用作为高度选择性的二维屏障来控制穿过膜的能量流。这种特性可以赋予膜全新的功能——如允许离子根据其电荷进行过滤，不同形式的能量如热能、电能或光能得以收集，或选择性地浓缩特定分子。这种灵活性在各种与能源有关的应用中非常有价值，包括燃料电池和太阳能转换。
“我们的新技术有望改变那些膜依赖的行业，特别是那些与能源或环境相关的产业，”何教授表示，“创造高度选择性的自支撑无机膜，能为先进的空间动态分离、催化、传感、存储器和离子导体等应用开辟众多令人兴奋的可能性，所有这些都代表了前所未有的发展。”
该团队的研究成果已于2023年3月在科学杂志《自然》上发表。
构建更环保的未来
研究人员注重膜合成的效率和定制性，这项创新成果积极响应了新加坡国立大学的可持续发展计划，极大地降低了全球膜工艺相关的能源消耗，从而削减了各行各业的碳足迹。
在这一突破性前景的吸引下，何教授计划领导一个多学科的科学家团队，开展一个综合性的研究项目，将膜技术提升到一个全新的高度。何教授说：“通过探索多样化的膜成分，并将其与各种形式的能量结合起来，我们希望开辟全新的应用领域，并朝着更可持续的未来迈进。”
该团队还计划进一步开发自动化制造工具，以简化无机膜的生产流程，最终促使它们在更大范围内得到推广应用。
来源：新加坡国立大学
