由加州大学欧文分校、以色列特拉维夫大学等机构组成的研究团队成功开发出一种首款专为海水淡化、能源和生物医学应用设计的“棘轮式离子泵”。该装置没有活动部件，也不需要任何化学反应，仅通过快速切换的低电压信号即可驱动带电分子通过膜。相关研究成果已发表在近期《自然·材料》杂志上。

该离子泵的工作原理是利用金属与液态电解质界面的独特电化学性质。研究团队在纳米多孔绝缘晶片两侧沉积超薄金属层，通过快速调节两层之间的电压，产生持续且定向的离子跨膜流动，即物理学家所称的“棘轮效应”。“结构不对称性和金属-电解质界面独特的纳米尺度特性相结合，为棘轮的正常工作提供了必要的要素，”共同第一作者、加州大学尔湾分校化学教授谢恩·阿尔多解释道。为了验证其应用性，团队构建了一个电驱动去离子系统，在极低电压下成功实现了50%的盐分去除率。

这种基于棘轮的离子泵结构类似于电容器，其纳米级孔径允许离子通过，同时施加快速切换的电场。其有效性源于两层金属与电解质界面处充放电过程的不平衡，从而在膜两侧形成电压驱动离子流，且无需在电极接触处发生电化学反应。该装置为海水淡化、从海水中提取锂离子、去除饮用水中的重金属、电池回收以及生物医学设备等领域的进步打开了大门。

该团队强调，更具雄心的长远目标是实现超选择性离子分离，即根据离子对电场响应的微小差异对相同电荷的离子进行分类。“选择性分离可用于多种应用——例如更有效地净化饮用水，还可以从海水中收集锂离子，以及用于各种生物医学设备和回收电池材料，”共同第一作者、特拉维夫大学电气工程副教授吉迪恩·塞格夫表示。他补充道：“一种能够在不提取必要矿物质的情况下去除这些离子的简单技术，可以帮助全球数百万人获得安全饮用水。”该研究获得了美国国家科学基金会、美国能源部和欧洲研究理事会的资金支持。

出版详情：作者：Rylan Kautz等人，标题：《用于连续离子分离的纳米多孔电容式电化学棘轮》，发表于：《自然·材料》(2026)。期刊信息：《自然材料》