在全球水资源日益紧张的背景下，海水淡化成为获取淡水资源的关键途径。然而，传统反渗透（RO）技术在处理高盐度水体时能耗高、设备要求严苛，而渗透蒸发（PV）技术虽能规避渗透压限制，却需高温维持蒸发效率，导致能耗上升。如何在低温条件下实现高通量、高截留的脱盐性能，一直是该领域的研究难点。
近日，欧乐影院
姜忠义、潘福生团队在《Nature Water》上发表题为“Ultrafast low-temperature pervaporation desalination with photo-responsive covalent organic framework membranes”的研究成果。该团队创新性地提出一种太阳能-真空双驱动脱盐系统，利用光响应共价有机框架（COF）膜，在30℃低温下实现了媲美传统70℃高温脱盐的水通量，并保持>99%的盐截留率。欧乐影院
王雨寒副研究员为共同一作，姜忠义教授、潘福生教授、张岁教授为共同通讯作者。
文章要点
本研究中合成了一系列带有可调官能团（-COOH、-CN、-CHO、-F）的芳香醚型COF纳米片，通过调控官能团的极性和亲水性优化孔道与水分子的相互作用。采用真空辅助自组装方法将COF纳米片沉积在聚四氟乙烯（PTFE）基底上。通过引入少量纤维素纳米纤维强化膜形成并同步减小通道尺寸至~0.68 nm以实现截留水合盐离子。
图1 共价有机框架纳米片和膜的制备
采用特制的错流配置（带有光学透明玻璃窗口，允许太阳光直接照射在COF膜表面）系统地评估了脱盐性能。COF-CN膜在真空加7个太阳光强下表现出120 kg m-2 h-1的显著水通量，超越了在相近盐度和温度条件下所有膜的通量。尤其是，观测到的水通量超过了单独由太阳或真空驱动过程获得的通量之和，且更高的太阳光强会产生更大的增强效果。
图2 共价有机框架膜的脱盐性能
传统观点认为，驱动水分子穿过膜并蒸发，需克服巨大的能量障碍，即较高的水蒸发焓。然而，本研究发现，当光照射在特殊设计的COF膜表面时，情况发生了根本性的改变。光并非仅仅通过传统的加热方式，而是与COF膜协同，在膜入口处扮演了一位高效的“分子调节师”。
图3 太阳光与共价有机框架在入口处对水分子的协同作用。
该工作得到了国家自然科学基金（22338011、22578087、22178251）、海河可持续化学转化实验室、海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ025）以及天津市科技计划项目（25JCZDJC00690）的资金资助。
文章链接：//doi.org/10.1038/s44221-025-00538-0.
