用二维金属有机框架纳米片“加固”的氧化石墨烯滤膜，让海水淡化更高效

本文报道了一种稳定、高性能的海水淡化复合膜——CuBDC@PGO膜。传统氧化石墨烯（GO）或其衍生物多孔氧化石墨烯（PGO）虽具优异分离潜力，但在水中易吸水溶胀、层间剥离，导致性能快速衰减。研究团队创新性地采用“限域原位生长”策略：将水稳定的二维金属有机框架（MOF）纳米片——铜-对苯二甲酸盐（CuBDC）——精准“种植”在PGO膜的层间空隙及孔边缘。这一过程依赖PGO表面含氧官能团（如羟基、羧基）与铜离子的强配位作用，不仅将CuBDC牢固锚定，更有效抑制了PGO层在水中的过度水化和膨胀。

为提升配位位点密度，研究人员将大尺寸PGO片层经超声破碎成小尺寸片层（sPGO），使边缘反应位点大幅增加，从而显著提高CuBDC负载量。结果表明，小片层复合膜（CuBDC@sPGO）结构更致密、稳定性更强：在72小时连续低能耗水载体渗透汽化（WCPV）测试中，其水通量稳定维持在89 kg·m⁻²·h⁻¹，盐截留率始终高于99.9%；而在常规渗透汽化（PV）中通量更高达124 kg·m⁻²·h⁻¹。相比之下，未改性的PGO膜在1小时内即发生严重剥离。

该膜的优势在于巧妙兼顾了“稳定性”与“高通量”：CuBDC纳米片像“智能补丁”一样，精准封堵PGO原有非选择性缺陷，同时自身提供约5.2 Å的均一纳米孔道，实现分子级尺寸筛分；而PGO固有的二维毛细通道结构得以完整保留，保障了水分子在纳米通道内近乎无摩擦的高速传输。技术经济分析进一步证实，采用该膜的WCPV工艺，其年总成本仅为传统反渗透（RO）的14%、常规PV的30%，大幅降低设备投资与电力消耗。综上，这项工作不仅解决了PGO膜的水稳定性难题，更提供了一种可推广的“限域生长”范式，有望拓展至有机溶剂纳滤、气体分离等其他先进分离领域。