2025年，華南理工大學科研工作實現良好開局：繼1月9日環境與能源學院嚴克友教授團隊成果登上Nature后，今天，前沿軟物質學院和電子顯微中心韓宇教授成果又在Science正刊上發表。

其中，華南理工大學為本論文的第一通訊單位，韓宇教授為本文的主通訊作者。其它通訊作者包括香港大學的Lain-Jong Li，阿卜杜拉國王科技大學的Ingo Pinnau，上海大學的石國升，以及東京大學的Vincent Tung。這也是電子顯微中心在成立不到兩年的時間內，在Science和Nature正刊上發表的第三篇論文。

值得一提的是，上個月中旬，前沿軟物質學院張震教授也以合作成果的方式，在Science正刊上發表論文。這兩篇Science文章均以國際合作團隊的形式完成，顯示了國際合作在前沿科研領域中的重要性。

01

成果一：

精準調控二維材料缺陷結構，實現高效水/鹽分離

2月14日，華南理工大學前沿軟物質學院和電子顯微中心韓宇教授領導的國際合作團隊在Science雜志發表研究成果，展示了通過精確調控二維材料中的缺陷結構，實現高效水/鹽（水合離子）分離的可行性。

本研究提出了一種高效構筑二維材料亞納米級孔洞的新策略，不僅顯著提升了水/離子分離性能，還揭示了一個有趣的悖論——通過精心設計的“缺陷”結構，可以實現近乎“完美”的水/離子分離。該策略有望拓展至更廣泛的應用領域，如氣體分離、催化及其他功能性膜材料，為可持續發展提供新的技術支撐。

二維材料：高效分離膜的理想平臺，但制備仍具挑戰

選擇性分子輸運是許多關鍵分離與純化過程的核心。例如，通過使用膜材料對含鹽水（如鹵水、海水等）進行水與水合離子的分離，是低能耗獲得純水的重要途徑，對能源和環境領域具有重要意義。

二維材料因其極小的厚度，可極大提升分子輸運效率，被認為是高性能分離膜的理想平臺。然而，在二維材料上精確生成用于分子篩分的孔洞，尤其是在大面積范圍內實現均勻制備，仍然是材料科學和工程領域的重大挑戰?，F有方法在孔徑控制和孔洞生成效率方面仍存在較大局限。

從缺陷到優勢：精準調控二維材料晶界結構

盡管晶界等結構缺陷通常被視為削弱二維材料性能的不利因素，但本研究表明，通過精確控制二維材料的缺陷結構，可以將其轉化為高效分離的功能性通道。研究團隊在單層二硫化鉬（MoS?）薄膜中，成功引入了大量預先設計的多孔晶界結構，從而實現了高效的水分子和水合離子分離。

該研究采用化學氣相沉積方法，精準控制 MoS? 晶粒的取向與尺寸，使其在生長過程中形成兩種固定的優選取向（互成 60° 角）。這一取向關系生成了多種可預測的晶界結構，其中8 元環（8-MR）結構占主導地位（見下圖 ）。

在單層 MoS? 薄膜中構筑 8 元環（8-MR）孔洞

突破性成果：高效水/鹽分離與超高水通量

理論計算與實驗研究表明，8-MR 孔徑（4.2 × 2.4 ?）適合水分子快速通過，同時有效阻擋多種水合離子。因此，當這些單層 MoS? 薄膜用于分離膜時，獲得的水分子對水合離子的選擇性極高，同時水通量大幅提升，遠超當前最先進的海水淡化膜。相比之下，未經取向控制的 MoS? 僅形成少量 8-MR 結構，主要由更小且不可滲透的 7-MR 結構組成，導致水通量下降，水/離子選擇性也較低。

單層MoS?的8-MR孔道所表現的“單鏈水”輸運行為與生物水通道蛋白高度相似。但不同于生物膜材料，無機MoS?膜更易實現大規模制備（本研究已實現晶圓級制備），并且可廣泛應用于各種非生物相容性環境。

文章鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado7489

本文主通訊作者

韓宇簡介

韓宇博士于2003年在吉林大學獲得博士學位，2003-2008年在新加坡A-Star任研究科學家，2009至2023間，就職于沙特阿卜杜拉國王科技大學，任化學和化學工程系教授。2023年9月，入職華南理工大學，任電子顯微中心主任。

韓宇博士主要從事多孔材料的合成與應用（催化、分離、水處理），以及電子束敏感材料的高分辨電子顯微成像方面的研究，是超低劑量電子顯微成像技術的聯合發明人。發表學術論文400余篇，其中包括權威期刊如Nature、Science、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Materials等，總引用次數超過50,000，H-index大于120。韓宇教授2004年被麻省理工學院《科技評論》雜志評選為百名青年發明家，2006年獲新加坡青年科學家獎；2008年獲Thomson Reuters Research Fronts Award (湯姆遜研究前沿獎)；2021年獲得德國洪堡研究獎；2019-2024連續6年科睿唯安（Clarivate Analytics）高引學者。

02

成果二：

如何讓常見生物基可降解聚合物變身“綠色”粘合劑？

粘合劑廣泛的應用于我們生活中的各個場所，包括電子產品、建筑行業以及包裝材料等。在過去的幾十年里，粘合劑不斷發展進步，具有越來越好的粘合性、耐用性、可擴展性和經濟性，但粘合劑的廢棄處理以及可持續性往往被忽視。目前市場上幾乎所有的粘合劑都是石油衍生產品，很難被生物降解。因此，開發一種粘性可以媲美現有產品，卻具有生物可降解性的粘合劑，對于環境的可持續發展具有著重要意義。

日前，華南理工大學前沿軟物質學院張震教授在Science上刊發文章“高分子鏈手性構型控制的可降解粘合劑”。作者通過改變P3HB的立體規整性報道了一系列性能優異的粘合劑，其相較于市售粘合劑具有強有力的競爭力，從而提供了一類環境友好的粘合劑替代品，彌補了目前市售粘合劑不可降解的缺陷。

張震教授為本文的第一作者，博士生Ethan C. Quinn 為共同第一作者。Eugene Y.-X. Chen教授、Gregg T. Beckham教授與Ting Xu教授為共同通訊作者。

調節立體結構，使其出現粘附行為

聚（3-羥基丁酸酯）（P3HB）是一種生物可再生和生物可降解的聚合物，長期以來被廣泛認為可在一定程度上代替石油基或不具有降解性的塑料產品。但由微生物產生的P3HB其立體規整性較高，韌性較差，往往不具有粘附性。張震團隊成果通過對P3HB的立體結構進行調節，使其出現粘附行為，從而開發了一系列生物基可降解的粘合劑。

通過催化的立體選擇性ROP合成工程化P3 HB立體微觀結構

如上圖所示，作者首先通過可控聚合合成了不同立構規整度的P3HB，立構規整度的控制可有效調節高分子材料中的結晶和無定形域。P3HB的無定形區域部分可更好的貼合在基底表面，從而提供粘性特征。而結晶區域有助于形成物理交聯的網絡結構，從而提供材料本身的韌性和增加材料與基底的粘附能力。

研究人員對所合成的P3HB的熱力學性能、機械性能、微觀結構粘附性能等多方面進行了測試。他們發現，高立構規整度的等規和間規P3HB都是很脆的材料，降低立體規整度的sr-P3HB[42]與sr-P3HB[52]韌性增強。

相較于ir-P3HB[0]，研究人員還發現，sr-P3HB[42，52]具有較小的晶體結構峰，這一觀察結果也驗證了立體微結構工程可以有效地平衡P3HB中納米級硬域的形成，即結晶區和非晶區，能夠同時調節材料的硬度和韌性。在30 ℃ - 100 ℃范圍內sr-P3HB[42，52]具有比ir-P3HB[0]更大的損耗角正切（模量的粘性與彈性的比率）和更低的儲能模量，表明其具有更好的流體性質，從而有利于其與基底材料的接觸。

成本接近，具備大規模產業化可能

研究人員使用不同P3HB在鋁表面進行了粘合強度測試，發現不含[rr]三元組的P3HB在鋁表面沒有附著力，其他含有不同程度的[rr]三元組成分的P3HB在鋁表面均有不同程度的附著。

隨后，他們以鋁作為基材，對于市售常用粘合劑與sr-P3HB[42，52]進行比較，發現sr-P3HB[52]表現出優于其他粘合劑的粘合強度，而sr-P3HB[42]在鋁、鋼、玻璃以及木材上也具有優于常用熱熔膠EVA的粘合強度。在一定的范圍內，P3HB的分子量對粘合強度的影響力很小，從14 kDa至182 kDa的P3HB，粘合強度均大于5.3 Mpa。同時，P3HB作為粘合劑可重復使用5次或更多。

研究人員還對合成該粘合劑所需的成本進行了評估，發現P3HB的成本接近EVA，從而為其大規模產業化提供了切實的可能。由于P3HB具有充分可調的結晶速率以及結晶度，其可被方便地加工成與EVA相似的棒狀，可以直接使用EVA同款膠槍，無需開發新使用工具。實際拉力測試也表明，P3HB粘合劑具有比EVA更大的韌性。

文章鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr7175

本文第一作者

張震簡介

張震，2013年本科畢業于蘭州大學，2018在美國新墨西哥大學獲得博士學位。先后在芝加哥大學、美國橡樹嶺國家實驗室以及科羅拉多州立大學從事博士后研究；2024年8月加入華南理工大學前沿軟物質學院，擔任教授和課題組長。

張震課題組側重于環境友好型/可持續高分子材料的研究，通常從聚合單體及催化劑設計的角度出發，結合對聚合過程及分子鏈結構的控制，設計開發具有特殊性能的高分子材料，并進一步研究其在特定場景下的應用。近年來在Science, JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Matter, Adv. Funct. Mater. 等期刊發表論文20余篇。

華南理工大學　學生記者團

信息來源：前沿軟物質學院

微信編輯：鮑恩

初審：鮑恩

二審：盧慶雷

終審：鄒浩

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若需轉載，敬請聯絡

郵箱：hgxcb@scut.edu.cn

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