【AM宁波材料所建所20周年专刊】用于水治理的时空限域催化膜

水资源再利用是缓解全球水资源压力和应对淡水短缺问题的关键策略。将膜、过滤过程与异相高级氧化过程耦合制备催化膜，提供了具有高效、选择性、连续性的污水治理新途径。膜孔纳米限域效应可提升催化反应热力学和动力学，并促进孔通道内反应物的传质过程，对实现污染物的即时催化降解具有重要意义。然而，最优的膜孔空间限域尺度无法确定，纳米级限域通道可能导致催化膜渗透性和催化降解性能之间的trade-off。而且孔中反应物连续的扩散-反应过程使得催化降解效率与时间和空间密切相关，但目前膜孔时空限域效应对催化膜性能的影响尚未明确。同时，催化膜的构效关系模糊，未形成针对具体应用的催化膜设计标准，阻碍了催化膜的实际工程应用。因此，全面了解用于水治理的催化膜的组成、制备、限域机理并提出定向设计准则至关重要。

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进功能膜团队刘富研究员、卢娜博士基于用于水治理的催化膜的长期研究，受邀在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Tempospatially Confined Catalytic Membranes for Advanced Water Remediation”的综述文章（Adv. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adma.202311419）。

本综述批判性地回顾了用于水治理的催化膜的研究进展，并提出了时空限域催化膜的设计流程；重点介绍了纳米限域效应、界面效应和动力学传质等时空限域机制，明确了其在催化膜构筑和性能优化中的作用。本文还根据催化剂和孔径的匹配，总结了催化膜的制备方法，并对催化膜的应用和性能评价方式进行了综述，对催化膜的未来发展方向进行了展望。

上述工作得到了国家自然科学基金（52373112）、中国科学院重大挑战国际合作项目（No.181GJHZ2022038GC）、宁波国际研发合作项目（No.2023H001）、浙江省杰出青年基金（LR20E030002）、浙江省高层次人才计划专项（ZJWR0108020）的支持。

图1 系统综述催化膜材料、活性氧生成、时空限域、制备技术和应用

图2 基于时空限域效应的催化膜设计流程

（高分子与复合材料实验室  卢娜）