过量的氟离子广泛存在于地下水与地表水中，它会抑制人体内磷酸转移酶的生成，扰乱细胞代谢与能量转换，最终损害人体健康。氟离子与氯离子在水环境中共同存在，且二者电荷相同、离子半径相近（F⁻：0.133 nm；Cl⁻：0.181 nm）。传统膜材料缺乏特异性识别位点与精准传输通道，无法有效分离理化性质相似的单价离子。

仿生离子通道^[1]因独特的限域识别能力在纳米流控、纳米生物技术、能源存储与转换等领域展现出巨大潜力。而基于金属有机框架（MOFs）的混合基质膜（MMMs）兼具MOFs限域识别孔道与聚合物可加工性，成为构筑该类通道的理想平台。然而，MOFs在聚合物基质中易团聚以及界面相容性差等问题导致其亚纳米级通道特性难以充分利用，离子分离性能往往有限。

“限域分子封装”策略：

通过将金属有机凝胶（MOGs）前驱体封装于聚合物基质中，利用溶剂蒸发诱导MOFs原位生长，同步实现MOFs粒径的线性调控与在聚合物中的均匀连续分布。

该策略无需预合成MOFs颗粒，简化了制备流程。利用MOGs成核速率与聚合物成膜速率的高度匹配，实现了MOFs在聚合物基质内的均匀连续分布，从而避免了传统方法中填料团聚和界面缺陷的问题。

优化后的仿生离子选择性膜形成了具有离子整流特性^[2]与氟离子特异性传输能力的仿生通道，F⁻/Cl⁻选择性达32.0。分子动力学和COMSOL模拟进一步揭示，聚合物基质内有序排列的MOFs能够产生定向驱动力，诱导离子浓度重排，从而实现相似离子的高效选择性分离。

本研究揭示了限域分子封装策略在构筑仿生离子通道及开发下一代离子选择性膜中的巨大前景。

该成果以题目“In-Situ Growth of Biomimetic Ion-Selective Membranes viaConfined Molecular Encapsulation for Superior Fluoride/Chloride Separation”发表在《Nature Communications》期刊上，陈钱博士与刘美玲副教授为共同第一作者，孙世鹏教授为本文通讯作者。研究获得国家重点研发计划、江苏省未来膜技术创新中心等项目的支持。

原文链接：//www.nature.com/articles/s41467-026-71107-6

【专业名词解释】

[1] 仿生离子通道：通过在通道壁上合理引入特定官能团，可精准调控膜的表面电荷分布与化学环境，模拟生物通道中的化学相互作用以实现离子识别与选择性传输。

[2] 离子整流特性：纳米通道中离子在正/反向电压下传输速率不对称的现象，离子整流可调控离子去水合能垒与传输动力学，从而提升分离效率。