氢能作为一种零碳排放、高效转化的清洁能源，其大规模应用依赖于高效、低成本的分离纯化技术。然而传统的聚合物分离膜存在渗透率和选择性权衡难题。新型二维材料为分离膜的设计带来了革命性的突破，但现有的二维材料层状膜和纳米多孔膜却分别受限于低气体渗透通量与复杂的制备工艺，成为氢气分离纯化膜技术的关键挑战。

孙成珍教授、沈少华教授、白博峰教授研究团队提出了将具有本征分子尺寸筛分效应纳米孔的氮化碳纳米片组装成层状膜的二维材料膜新型构筑策略，并通过引入mxene作为“补丁”有效修复纳米片表面的缺陷。该方法融合了二维材料层状膜和纳米多孔膜的优势，制备得到的分离膜实现了氢气的高渗透率、高选择性；同时膜制备工艺简单，展现出巨大的规模化应用潜力。该研究开辟了二维材料膜设计的新范式，并为制备高效低能耗的氢气分离膜提供了一种简便且可扩展的方法。

图1. 具有本征纳米孔的层状膜的构建策略。 纳米多孔膜能实现较高的气体渗透率，但面临制备工艺复杂和机械强度低的挑战。层状膜制备便捷，但其气体渗透率较低。而具有本征纳米孔的层状膜将同时具备高选择性、高渗透率以及简单的制备工艺。

相关研究成果于2026年1月21日以第一单位和通讯单位身份发表于Science advances（《科学进展》）。该研究工作得到国家自然科学基金（52222606, 52488201, 52225606），国家重点研发计划（2024YFF0506004）项目等支持。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz5523