Lotus-leaf-mimetic catalytic cleaning membranes with enriched oxygen vacancies for efficient water purification

催化作用 饮用水净化 化学 化学工程 氧气 水处理 材料科学 降级(电信) 色谱法 分解水
作者
Xiaobin Yang,Hongfei Bao,Haoyang Wang,Yangxue Li,Runliang Gao,Xinyu Wang,Jun Ma,Bhekie B. Mamba,Alicia Kyoungjin An,Lu Shao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-72088-2
摘要

Separation membranes with inherent low-carbon properties are crucial for energy‒water sustainability but suffer from fouling issue and performance deficiency. Herein, a lotus-leaf-mimetic catalytic membrane is synthesized via 2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylene (HHTP)-Co metal-organic intermediate layer-mediated MnO₂ mineralization, transforming hydrophobic polymeric membranes into unique self-cleaning membranes. The derivative abundant oxygen vacancies during hetero-phase mineralization boost their catalytic capability. The lotus leaf-mimicking nano/micro-water pockets at the interface enable the membrane operando flux recovery to reach 99.9%. Most interestingly, the membrane exhibited 24.8-fold greater antifouling ability and 10.6-fold greater recovery compared with the unmineralized membrane, significantly outperforming state-of-the-art membranes. The exceptional performance for water treatment is attributed to active catalytic antifouling coupled with hierarchical antifouling barriers. The computational simulations reveal electron-rich bell-like structures with electron-deficient metal cores. This work paves a way for the fabrication of biomimetic materials for efficient water treatment and beyond.
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