新型离子泵技术问世，助力清洁水净化

由德国亥姆霍兹赫罗纳研究中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）等机构研究人员组成的国际团队，开发了一种突破性的膜技术。该技术可在无需化学反应或运动部件的情况下传输带电分子——即离子。相关成果近日发表于《自然·材料》杂志，标志着基础电化学领域的重大进展，并为节能水处理开启了新的可能性。

控制液体中的离子移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。新型膜提供了一种替代方案：其多孔支撑层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，因微小不平衡产生受控的离子流。这是首次将该效应应用于离子传输。

海水淡化技术取得突破。为展示技术的实用潜力，研究团队将膜集成到紧凑型淡化系统中，该系统完全无需运动部件或化学反应。实验室测试显示，系统能以极低电压将水中盐分降低 50%。这些结果凸显了该膜在开发高效节能水净化和海水淡化解决方案方面的前景。研究人员还预计，该技术能根据离子在电场中行为的细微差别区分具有相同电荷的离子。这将为从海水中回收锂、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开辟新方法。

紧密的国际合作。该项目汇聚了来自加州大学尔湾分校、特拉维夫大学、波士顿马萨诸塞大学及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。亥姆霍兹赫罗纳功能材料可持续研究所负责人弗朗切斯卡·托马（Francesca Toma）教授（同时也隶属于伯克利实验室）是主要研究者之一，构思了研究的原始概念并发挥了关键作用。“这项工作引入了一种利用纳米多孔材料中的棘轮机制驱动水中连续离子传输的新方式。除了基础见解外，这一概念可能为更节能的海水淡化和选择性离子分离开辟新方向。看到多年前提出的想法通过国际合作和坚持发展成为具有技术潜力的重要科学贡献，意义非凡，”托马表示。该项目得到了美国国家科学基金会、美国能源部及欧洲研究理事会等多个主要科研资助机构的支持。项目彰显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相关性的挑战。

面向变革世界的尖端研究。亥姆霍兹赫罗纳研究中心的科学致力于保护宜居世界。为此，约 1000 名员工生成知识，研发新技术以增强韧性和可持续性——造福气候、海岸和人民。从构想到创新的路径历经实验研究、建模与人工智能的持续互动，直至构建映射气候、海岸或人类生物学多样参数的数字孪生体。这是一种跨学科方法，涵盖从复杂系统的科学理解到场景与实际应用。作为国家和国际研究网络及亥姆霍兹协会的活跃成员，赫罗纳中心通过转移其获得的专长，支持政治、商业和社会塑造可持续未来。

（附图说明：制造出的离子泵的平面扫描电子显微镜图像。图片来源：Gideon Segev）