海水淡化作为开发非常规水资源的关键途径，有望缓解全球日益严峻的水资源短缺。膜法凭借高能效与易于规模化的特性，在海水淡化中展现出突出优势。共价有机框架（COF）是一类纳米多孔晶体聚合物，兼具高比表面积与孔隙率、可调的孔道结构、可工程化的表面化学以及良好的化学稳定性，被视为下一代海水淡化膜的有力候选。然则，COF膜的纳米通道仍受“渗透性—选择性”的制约。此外，直径小于1.0 nm的COF纳米通道迄今仍难以实现。

为了解决这一问题，suncitygroup太阳集团/天津大学姜忠义、suncitygroup太阳集团刘亚楠团队设计将氨基环糊精纳米颗粒组装到COF膜上，制备出一种具有沙漏形纳米通道的COF膜，用于实现超快脱盐。相关工作以“Covalent organic framework membrane with hourglass-shaped nanochannels for ultrafast desalination”发表在Nature Communications上。本文第一作者为suncitygroup太阳集团2021级博士生，姜忠义教授和刘亚楠教授为共同通讯作者。

文章要点：

本文通过将氨基环糊精纳米粒子组装至COF膜上，构筑了具有沙漏形纳米通道的COF膜，并对其脱盐性能进行了评估（图1）。所得通道由氨基环糊精特征空腔形成的亲水锥形入口（约1.6 nm）与疏水喷口（约0.5 nm），以及COF内在的纳米孔（约1.4 nm）组成。亲水锥形入口有利于水分子进入，而疏水喷口与同质纳米通道协同实现快速水传输。

图1 膜的形成示意图

同时，氨基环糊精上的氨基基团赋予纳米通道pH响应性，通过可逆质子化/去质子化动态调节有效孔径与表面电荷（图2-3）。所制备的膜兼具高水通量与高盐截留率，并表现出高长周期稳定性与pH循环耐久性。该研究有望为构建COF膜的纳米通道提供新思路，从而在多类化学分离中缓解渗透性—选择性的制约。

图2 沙漏形纳米通道COF膜的脱盐性能

图3 沙漏形纳米通道COF膜的pH响应性

该工作得到了国家自然科学基金（22208074、22338011），海南省自然科学基金（524YXQN417、222QN225）以及海南省科技人才创新基金（KJRC2023D31）和海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ025）的资金资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-63650-5

撰稿：刘亚楠

编辑：李诗琪

审核：潘福生