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| FCSE|综述：二维纳米片膜及其复合膜在分离领域的最新研究进展 |
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论文标题：Recent progress of two-dimensional nanosheet membranes and composite membranes for separation applications（二维纳米片膜及其复合膜在分离领域的最新研究进展）
期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering
作者：Wei Wang, Yanying Wei, Jiang Fan, Jiahao Cai, Zong Lu, Li Ding, Haihui Wang
发表时间：15 Aug 2021
DOI：10.1007/s11705-020-2016-8
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研究背景及意义
膜分离技术因其效率高、能耗低在水处理和气体分离等领域受到了人们极大的关注。选择合适的膜材料来提高膜的选择性、通量等性能已成为一个至关重要的研究课题。二维纳米片是一类新型多功能材料，因其高横纵比、成膜容易、力学性能好、结构可设计、可调控,在膜分离中得到广泛应用。相对于传统的以三维材料构筑的分离膜，二维材料膜的特殊结构及超薄特性极大缩短了客体分子的传输路径，可在保证分离选择性不变的前提下，实现传质阻力的最小化。除此之外，通过对二维材料膜的层间距或孔径进行调控，可实现对客体分子的精准筛分。因此，二维材料膜有望同时实现高通量和高选择性，解决传统分离膜存在的问题，被认为是一类极具潜力的高效分离膜。迄今为止，二维纳米片膜及其复合膜已在实验室范围内实现了有机溶剂脱水、纳滤、离子截留、气体筛分等领域的高效分离，显示出了巨大的应用潜力。因此，及时总结这类新型膜的最新研究进展，并为这些膜的未来工业应用方向进行展望分析是非常必要的。
研究内容及主要结论
本篇综述首先讨论了工业上膜分离的现状，旨在说明作为新一代分离膜的二维纳米片膜，具有超强的应用前景。随后，将二维纳米片膜分为基于多孔纳米片和基于无孔纳米片的二维材料膜两大类，进而讨论其独特的理化性质和纳米结构，且深入分析了这两类二维纳米片膜的分离机理和传质机理，如图1所示。此外，文中还概述了二维纳米片膜的制备方法。本篇综述重点介绍了基于二维沸石分子筛（Zeolites）、金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、类石墨相氮化碳（g-C3N4）、石墨烯（Graphene）和氧化石墨烯（GO）、层状双金属氢氧化物（LDHs）、过渡金属碳氮化物（MXenes）和过渡金属二硫化物（TMDs）的二维纳米片膜及其复合膜的最新研究进展，包括新型纳米片及膜的制备、膜的精密构筑和结构调控、具有出色分离性能膜的具体示例等。最后，梳理了目前二维纳米片膜用于工业分离存在的问题和面临的挑战，并展望其未来发展方向。
图1 (a) 基于多孔纳米片的二维材料膜的传质模型；(b) 基于无孔纳米片的二维材料膜的传质模型；(c) 层间路径A的传质模型。
相关成果以“Recent Progress of Two-Dimensional Nanosheet Membranes and Composite Membranes for Separation Applications”为题，已发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering上（DOI: 10.1007/s11705-020-2016-8）。
作者和团队介绍
汪唯（第一作者），华南理工大学2019级硕士，研究方向为膜分离。
魏嫣莹（通讯作者），华南理工大学化学与化工学院博士生导师，主要研究方向包括无机膜分离（二维材料膜、MOF膜、混合导体膜）和催化膜反应器。发表SCI论文56篇，合作完成英文专著（Wiley出版）一本，合作申请中国发明专利42项，授权20项，PCT1项，参与撰写地方/团体标准3项。
王海辉（通讯作者），清华大学化工系博士生导师，主要研究方向包括：无机膜与膜分离，膜催化与膜反应器，新能源材料与器件。发表论文220余篇，论文被引用27000余次，H因子78，获授权国家发明专利30余项。曾获得国家自然科学二等奖、教育部自然科学一等奖、广东省自然科学一等奖和侯德榜化工科技创新奖。
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