日益严重的淡水短缺和资源匮乏等问题推动着膜分离技术的快速发展。然而，主流的分离膜通常是均质荷电膜，溶液中反离子在通道壁上易形成双电层而压缩传质空间、弱化通道-离子相互作用，造成膜的离子截留率下降。

近日，天津大学姜忠义教授和郑州大学王景涛教授团队合作开展了异质结构层状膜用于高效荷电物质截留的研究。该工作设计制备荷电异质结构纳米片，自组装成二维层状膜。研究表明上下两层通道壁面上的正负电荷纳米域会形成内建电场，且电场方向交替切换，从而显著弱化了传统均质通道内存在的双电层效应。该类型内建电场迫使荷电物质（盐、染料、有机酸/碱等）与通道壁反复碰撞，显著增大传递内能消耗，赋予异质膜良好的截留能力。同时，内建电场赋予通道大的传质空间，使得水、乙醇、丙酮等中性分子快速传递。

分子动力学分析表明，离子在均质通道中沿通道中心线单向传递，而在异质通道中传递轨迹迂回曲折、上下波动。分析发现离子在宏观尺度的类平抛运动模型可扩展至纳米尺度（~1 nm），但纳米限域空间内电场强度对离子运动的影响更为显著，电场强度指数从0.5次方增大到2次方。

所制备的层状膜展现出良好的脱盐性能，通过四级过滤，NaCl截留率达到99.0%，水通量保持在19.2 L m^-2 h^-1 bar^-1；同时具有优异的抗污染和耐氯性能。该工作有望为离子传递与分离膜的设计提供了新路径。