厦门大学：理论计算建立完整微观机制链条揭示二维限域水超快输运的微观机制

本研究由厦门大学胡晟与汤富杰教授团队完成，以天然蛭石为模型，通过交换Li⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、NH₄⁺等离子，系统探究了阳离子水合能力对二维限域水超快输运的影响。背景上，传统观点认为水输运速率主要由纳米通道宽度决定，但真实限域体系中存在的离子-水相互作用常被忽视。研究目的在于揭示离子如何通过调控限域水的氢键网络来影响输运行为。实验发现，K⁺交换膜的水渗透速率约为Li⁺交换膜的两倍，出现了“通道更宽、水流更慢”的反直觉现象；红外光谱显示弱水合离子（如K⁺）显著削弱了水分子的平均氢键强度。机器学习分子动力学模拟进一步揭示，K⁺通过削弱局域氢键并促进水分子在不同水合层间频繁动态交换，形成高比例、高迁移率的动态过渡水，从而加速二维方向上的水输运。结论表明，未来纳米通道设计应从单纯调控孔径转向调控离子水合与氢键动力学，为高效膜分离材料开发提供了新的微观机制。