加州大学欧文分校、以色列特拉维夫大学等机构的研究人员开发出一种新型离子泵，带电分子可通过快速切换的低电压信号通过该泵膜。这种“基于棘轮效应的离子泵”无活动部件，无需化学反应。

该离子泵为海水淡化、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应用提供了新途径。研究成果已发表在《自然材料》杂志上。

控制带电分子在液体中的运动是工业水净化和生物细胞功能的基础。传统工程化的离子泵依赖高能耗电化学过程，效率受限且成本较高。加州大学欧文分校和特拉维夫大学团队展示了一种不同方法，其基于棘轮效应的离子泵利用金属与液体电解质界面的特性驱动离子电流。通过在纳米多孔绝缘晶圆两面沉积超薄金属层并快速调制电压，该设备产生持续定向的离子流。

“棘轮装置是非平衡设备，利用时间控制的输入信号和空间不对称性来驱动稳态粒子通量，”共同第一作者、加州大学欧文分校化学教授Shane Ardo说。“结构不对称性与金属-电解质界面独特的纳米尺度特性的结合，提供了使棘轮效应工作所必需的要素。”

研究人员证明，这种离子通量可在对抗反向力时持续存在。他们构建了一个电驱动去离子化系统，无活动部件或电化学反应，在低电压下实现了50%的盐分去除。

团队强调，长期目标是超选择性离子分离，根据离子对电场响应的差异分选相同电荷的离子。“选择性分离可用于多种应用，如更有效的饮用水净化、从海水中提取锂离子、生物医学设备以及回收电池材料，”共同第一作者、特拉维夫大学电气工程副教授Gideon Segev说。

“从液体中去除痕量离子的能力，对于处理受重金属污染的水可能有重要意义，”他补充道。“例如，即使每十亿水中只有几个铅离子，也会影响水质。一种能够在不提取必要矿物质的情况下去除这些离子的技术，可帮助改善全球人口获得安全水的机会。”

出版详情：作者：Brian Bell, University of California, Irvine；标题：《First-of-its-kind ion pump developed for seawater desalination, energy and biomedical applications》；发表于：《Nature Materials》(2026)。