由 Ho Ghim Wei 教授（坐着，左）领导的一组研究人员开发了一种革命性的技术，用于生产超薄无机膜，这种膜具有高能效和高度可定制性，适用于不同的应用。

合成策略的突破使无机膜的简单配方成为可能，这些膜不仅节能而且高度可定制，可能会彻底改变许多行业的运营方式，以实现更大的可持续性。

无机膜可以被认为是厨房筛子。类似于筛子如何将较小的颗粒与较大的颗粒分开，通常由陶瓷或金属制成的无机膜根据分子的大小和特性选择性地分离分子。

在一项突破性的成就中，新加坡国立大学设计与工程学院 (CDE) 的一组研究人员在电气与计算机工程系Ho Ghim Wei 教授的带领下，开发了一种革命性的生产技术超薄无机膜。这些独立的膜可以在没有任何支撑基材的情况下发挥作用——这是膜技术的一项重大进步。

终于自由了——这组显微镜照片描绘了动态粒子向气液界面处的各种独立膜移动的美妙时刻。

高度可定制且易于生产的无机膜——以通用、简便的合成策略为基础——有可能使过滤和分离以外的应用受益。从能量转换到催化和传感，膜的多功能性可以改变依赖膜技术的各个部门和行业。通过提高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揭示了在面对气候变化时克服能源挑战的新可能性。

重新构想膜

众所周知，用于纯化和分离过程的传统膜技术是能源密集型技术，因此价格昂贵，通常需要结合压力、热量，有时还需要化学品才能有效发挥作用。此外，膜必须再生，而过滤后的成分通常在分离后需要进一步处理，从而导致额外的能源需求和成本。

传统膜技术的这些局限性促使何教授团队的博士后研究员张晨博士开发了一种新的高效无机膜合成策略。张博士的方法涉及在液体环境中驯服无序、自由漂浮的无机构建块，诱导它们自组装成所需的膜。这种可调节的过程提供了一种有效的方法来为特定应用定制膜的厚度和孔隙特性，从而实现最大的能源效率。

“我们的研究还使我们能够采用一种全新的方法来重新思考无机膜的传统开发方式，”张博士补充道。

传统膜技术的局限性促使何教授（站立）团队中的陈章博士（坐着）开发一种新的高效无机膜合成策略。

新加坡国立大学的科学家们提出了一种合成模板，其他研究人员可以将其用于他们的工作，这可能会以可扩展且具有成本效益的方式刺激发现更多具有更广泛组成范围的新型膜。

从结构的角度来看，他们生产的膜比传统膜具有更多的几何多样性，在设计膜结构时提供了更多的灵活性和选择。

此外，该研究还探索了膜功能，其中使用高选择性二维屏障来控制跨膜的能量流。这一特性可能会影响膜的功能——允许根据离子的电荷过滤离子，利用不同形式的能量，如热能、电能或光能，或选择性地浓缩特定分子。这种灵活性在各种与能源相关的应用中非常受欢迎，包括燃料电池和太阳能转换。

何教授说：“我们的新技术有可能改变严重依赖膜进行操作的行业，尤其​​是与能源或环境相关的行业。”“创造具有高度选择性的独立无机膜的能力开辟了许多令人兴奋的可能性用于高级空间动态分离、催化、传感器、存储器和离子导体的应用，所有这些都代表了前所未有的发展。”

该团队的研究结果于 2023 年 3 月 29 日发表在科学杂志《自然》上。

制定更绿色的未来

研究人员的创新强调效率和定制，在新加坡国立大学的可持续发展计划中发挥着关键作用，大大降低了全球膜相关工艺的能源消耗，从而减少了各行业的碳足迹。

在这一突破潜力的推动下，何教授计划领导一个跨学科的科学家团队开展一项多方面的研究计划，以将膜技术提升到一个新的水平。“通过探索范围广泛的膜成分并将它们与各种形式的能量结合起来，我们希望开启新的应用，并进一步朝着更可持续的未来迈进，”何教授分享道。

该团队还在寻求开发自动化制造工具，以简化无机膜的生产过程，最终使他们的技术更容易在更大规模上使用。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。