由德国亥姆霍兹赫尔纳研究中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）研究人员参与的国际科学家团队，开发了一种突破性的膜技术。该技术可在无需化学反应或活动部件的情况下，实现带电分子（即离子）的传输。相关成果近日发表于《自然材料》杂志，代表了基础电化学领域的重大进展，为节能水处理开辟了新可能。

控制液体中离子的运动对众多技术和生物过程至关重要。传统方法通常依赖高能耗的电化学反应。新开发的膜提供了一种替代方案：它在多孔支撑体的两侧覆盖超薄金属层。当低电压快速通断时，金属界面发生充放电过程，由于微小不平衡，产生受控的离子流。这是首次利用此类效应进行离子传输。

在脱盐技术方面的突破：为展示技术的实际潜力，研究团队将膜集成到一个紧凑的脱盐系统中，该系统完全无需活动部件或化学反应。实验室测试显示，该系统能以极低电压将水中盐分含量降低 50%。结果凸显了该膜在开发高效节能水净化和脱盐解决方案方面的前景。研究人员还预计该技术能基于电场中行为的细微差异区分具有相同电荷的离子。这可能开启从海水中回收锂、去除饮用水中的重金属、先进电池回收以及下一代诊断和传感技术的新途径。

强大的国际合作：该项目汇集了来自加州大学欧文分校、特拉维夫大学、马萨诸塞大学波士顿分校和劳伦斯伯克利国家实验室的化学、材料科学、电气工程和生物技术专家。亥姆霍兹功能材料与可持续发展研究所主任弗朗西斯卡·托马教授（Francesca Toma），同时也是伯克利实验室的关联研究员，是构思原研究概念的主要调查员之一并发挥了关键作用。“这项工作通过利用纳米多孔材料中的棘轮机制，引入了一种驱动水中连续离子传输的新方法。除了基本见解外，这一概念可能为更节能的脱盐和选择性离子分离开辟新方向。看到多年前形成的想法通过国际合作和坚持发展成为具有技术潜力的有影响力的科学贡献，意义非凡”，托马表示。

工作得到了美国国家科学基金会、美国能源部和欧洲研究理事会等多个主要研究资助机构的支持。项目强调了全球科学合作的重要性，展示了跨学科研究如何解决具有高环境和社会重要性的挑战。

引领变革世界的尖端研究：亥姆霍兹赫尔纳研究中心的科学研究旨在守护一个宜居的世界。为此，约 1000 名员工生成知识并研发新技术，以增强韧性和可持续性——造福气候、海岸和人民。从理念到创新的路径经过实验研究、建模和人工智能与数字孪生之间的持续互动，后者在计算机中映射气候、海岸或人类生物学的各种参数。这是一种跨学科方法，涵盖从复杂系统的根本科学理解到情景和实际应用。作为国家和国际研究网络及亥姆霍兹协会的成员，赫尔纳中心通过转移其获得的专长，支持政治界、企业和社会塑造可持续的未来。

附注： 图片说明：制造出的离子泵俯视图扫描电子显微镜图像。来源：Gideon Segev 版权所有：Gideon Segev 新闻稿类别：记者、科学家和学者；化学、环境/生态、信息技术、材料科学、物理/天文学；跨国、国内；研究成果、科学出版物