2025年，华南理工大学科研工作实现良好开局：继1月9日环境与能源学院严克友教授团队成果登上Nature后，今天，前沿软物质学院和电子显微中心韩宇教授成果又在Science正刊上发表。

其中，华南理工大学为本论文的第一通讯单位，韩宇教授为本文的主通讯作者。其它通讯作者包括香港大学的Lain-Jong Li，阿卜杜拉国王科技大学的Ingo Pinnau，上海大学的石国升，以及东京大学的Vincent Tung。这也是电子显微中心在成立不到两年的时间内，在Science和Nature正刊上发表的第三篇论文。

值得一提的是，上个月中旬，前沿软物质学院张震教授也以合作成果的方式，在Science正刊上发表论文。这两篇Science文章均以国际合作团队的形式完成，显示了国际合作在前沿科研领域中的重要性。

01

成果一：

精准调控二维材料缺陷结构，实现高效水/盐分离

2月14日，华南理工大学前沿软物质学院和电子显微中心韩宇教授领导的国际合作团队在Science杂志发表研究成果，展示了通过精确调控二维材料中的缺陷结构，实现高效水/盐（水合离子）分离的可行性。

本研究提出了一种高效构筑二维材料亚纳米级孔洞的新策略，不仅显著提升了水/离子分离性能，还揭示了一个有趣的悖论——通过精心设计的“缺陷”结构，可以实现近乎“完美”的水/离子分离。该策略有望拓展至更广泛的应用领域，如气体分离、催化及其他功能性膜材料，为可持续发展提供新的技术支撑。

二维材料：高效分离膜的理想平台，但制备仍具挑战

选择性分子输运是许多关键分离与纯化过程的核心。例如，通过使用膜材料对含盐水（如卤水、海水等）进行水与水合离子的分离，是低能耗获得纯水的重要途径，对能源和环境领域具有重要意义。

二维材料因其极小的厚度，可极大提升分子输运效率，被认为是高性能分离膜的理想平台。然而，在二维材料上精确生成用于分子筛分的孔洞，尤其是在大面积范围内实现均匀制备，仍然是材料科学和工程领域的重大挑战。现有方法在孔径控制和孔洞生成效率方面仍存在较大局限。

从缺陷到优势：精准调控二维材料晶界结构

尽管晶界等结构缺陷通常被视为削弱二维材料性能的不利因素，但本研究表明，通过精确控制二维材料的缺陷结构，可以将其转化为高效分离的功能性通道。研究团队在单层二硫化钼（MoS₂）薄膜中，成功引入了大量预先设计的多孔晶界结构，从而实现了高效的水分子和水合离子分离。

该研究采用化学气相沉积方法，精准控制 MoS₂ 晶粒的取向与尺寸，使其在生长过程中形成两种固定的优选取向（互成 60° 角）。这一取向关系生成了多种可预测的晶界结构，其中8 元环（8-MR）结构占主导地位（见下图 ）。

在单层 MoS₂ 薄膜中构筑 8 元环（8-MR）孔洞

突破性成果：高效水/盐分离与超高水通量

理论计算与实验研究表明，8-MR 孔径（4.2 × 2.4 Å）适合水分子快速通过，同时有效阻挡多种水合离子。因此，当这些单层 MoS₂ 薄膜用于分离膜时，获得的水分子对水合离子的选择性极高，同时水通量大幅提升，远超当前最先进的海水淡化膜。相比之下，未经取向控制的 MoS₂ 仅形成少量 8-MR 结构，主要由更小且不可渗透的 7-MR 结构组成，导致水通量下降，水/离子选择性也较低。

单层MoS₂的8-MR孔道所表现的“单链水”输运行为与生物水通道蛋白高度相似。但不同于生物膜材料，无机MoS₂膜更易实现大规模制备（本研究已实现晶圆级制备），并且可广泛应用于各种非生物相容性环境。

本文主通讯作者

韩宇简介

韩宇博士于2003年在吉林大学获得博士学位，2003-2008年在新加坡A-Star任研究科学家，2009至2023间，就职于沙特阿卜杜拉国王科技大学，任化学和化学工程系教授。2023年9月，入职华南理工大学，任电子显微中心主任。

韩宇博士主要从事多孔材料的合成与应用（催化、分离、水处理），以及电子束敏感材料的高分辨电子显微成像方面的研究，是超低剂量电子显微成像技术的联合发明人。发表学术论文400余篇，其中包括权威期刊如Nature、Science、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、Nature Materials等，总引用次数超过50,000，H-index大于120。韩宇教授2004年被麻省理工学院《科技评论》杂志评选为百名青年发明家，2006年获新加坡青年科学家奖；2008年获Thomson Reuters Research Fronts Award (汤姆逊研究前沿奖)；2021年获得德国洪堡研究奖；2019-2024连续6年科睿唯安（Clarivate Analytics）高引学者。

02

成果二：

如何让常见生物基可降解聚合物变身“绿色”粘合剂？

粘合剂广泛的应用于我们生活中的各个场所，包括电子产品、建筑行业以及包装材料等。在过去的几十年里，粘合剂不断发展进步，具有越来越好的粘合性、耐用性、可扩展性和经济性，但粘合剂的废弃处理以及可持续性往往被忽视。目前市场上几乎所有的粘合剂都是石油衍生产品，很难被生物降解。因此，开发一种粘性可以媲美现有产品，却具有生物可降解性的粘合剂，对于环境的可持续发展具有着重要意义。

日前，华南理工大学前沿软物质学院张震教授在Science上刊发文章“高分子链手性构型控制的可降解粘合剂”。作者通过改变P3HB的立体规整性报道了一系列性能优异的粘合剂，其相较于市售粘合剂具有强有力的竞争力，从而提供了一类环境友好的粘合剂替代品，弥补了目前市售粘合剂不可降解的缺陷。

张震教授为本文的第一作者，博士生Ethan C. Quinn 为共同第一作者。Eugene Y.-X. Chen教授、Gregg T. Beckham教授与Ting Xu教授为共同通讯作者。

调节立体结构，使其出现粘附行为

聚（3-羟基丁酸酯）（P3HB）是一种生物可再生和生物可降解的聚合物，长期以来被广泛认为可在一定程度上代替石油基或不具有降解性的塑料产品。但由微生物产生的P3HB其立体规整性较高，韧性较差，往往不具有粘附性。张震团队成果通过对P3HB的立体结构进行调节，使其出现粘附行为，从而开发了一系列生物基可降解的粘合剂。

通过催化的立体选择性ROP合成工程化P3 HB立体微观结构

如上图所示，作者首先通过可控聚合合成了不同立构规整度的P3HB，立构规整度的控制可有效调节高分子材料中的结晶和无定形域。P3HB的无定形区域部分可更好的贴合在基底表面，从而提供粘性特征。而结晶区域有助于形成物理交联的网络结构，从而提供材料本身的韧性和增加材料与基底的粘附能力。

研究人员对所合成的P3HB的热力学性能、机械性能、微观结构粘附性能等多方面进行了测试。他们发现，高立构规整度的等规和间规P3HB都是很脆的材料，降低立体规整度的sr-P3HB[42]与sr-P3HB[52]韧性增强。

相较于ir-P3HB[0]，研究人员还发现，sr-P3HB[42，52]具有较小的晶体结构峰，这一观察结果也验证了立体微结构工程可以有效地平衡P3HB中纳米级硬域的形成，即结晶区和非晶区，能够同时调节材料的硬度和韧性。在30 ℃ - 100 ℃范围内sr-P3HB[42，52]具有比ir-P3HB[0]更大的损耗角正切（模量的粘性与弹性的比率）和更低的储能模量，表明其具有更好的流体性质，从而有利于其与基底材料的接触。

成本接近，具备大规模产业化可能

研究人员使用不同P3HB在铝表面进行了粘合强度测试，发现不含[rr]三元组的P3HB在铝表面没有附着力，其他含有不同程度的[rr]三元组成分的P3HB在铝表面均有不同程度的附着。

随后，他们以铝作为基材，对于市售常用粘合剂与sr-P3HB[42，52]进行比较，发现sr-P3HB[52]表现出优于其他粘合剂的粘合强度，而sr-P3HB[42]在铝、钢、玻璃以及木材上也具有优于常用热熔胶EVA的粘合强度。在一定的范围内，P3HB的分子量对粘合强度的影响力很小，从14 kDa至182 kDa的P3HB，粘合强度均大于5.3 Mpa。同时，P3HB作为粘合剂可重复使用5次或更多。

研究人员还对合成该粘合剂所需的成本进行了评估，发现P3HB的成本接近EVA，从而为其大规模产业化提供了切实的可能。由于P3HB具有充分可调的结晶速率以及结晶度，其可被方便地加工成与EVA相似的棒状，可以直接使用EVA同款胶枪，无需开发新使用工具。实际拉力测试也表明，P3HB粘合剂具有比EVA更大的韧性。

本文第一作者

张震简介

张震，2013年本科毕业于兰州大学，2018在美国新墨西哥大学获得博士学位。先后在芝加哥大学、美国橡树岭国家实验室以及科罗拉多州立大学从事博士后研究；2024年8月加入华南理工大学前沿软物质学院，担任教授和课题组长。

张震课题组侧重于环境友好型/可持续高分子材料的研究，通常从聚合单体及催化剂设计的角度出发，结合对聚合过程及分子链结构的控制，设计开发具有特殊性能的高分子材料，并进一步研究其在特定场景下的应用。近年来在Science, JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Matter, Adv. Funct. Mater. 等期刊发表论文20余篇。

华南理工大学　学生记者团

信息来源：前沿软物质学院

微信编辑：鲍恩

初审：鲍恩

二审：卢庆雷

终审：邹浩