近日，我室侯旭教授团队在液基空气净化领域取得新进展。相关成果以“Highly efficient air purification by a charge-induced liquid-lined filter”为题发表在 Nature Sustainability。研究团队提出电荷诱导液衬过滤膜（charge-induced liquid-lined filter，CILF），通过电荷诱导与动态液衬协同作用，实现颗粒物的高效、低阻和长时间稳定净化，为空气净化技术的可持续发展提供了新思路。

在“双碳”目标与绿色低碳转型的时代背景下，空气净化技术正面临一场从“耗材依赖”向“可持续运行”的范式转变。工业排放、室内空气污染和通风受限环境中的颗粒物治理，长期依赖一次性固体滤材，其制造、更换和废弃过程不仅消耗大量资源，还伴随持续的碳排放。如何在保障净化效率的同时，从根本上降低能耗与物耗，已成为环境科学与化学工程交叉领域的关键命题。侯旭团队提出的电荷诱导液衬过滤膜技术，正是对这一命题的系统性回应——它以功能液体替代传统固体滤材，通过电荷诱导实现颗粒物的定向捕获与动态界面更新，在源头上减少了固废产生和材料消耗，为空气净化提供了一条绿色、低碳、可持续的技术路径。

空气过滤长期面临效率、阻力和使用寿命难以兼顾的问题。传统固体滤材主要依靠孔径截留或静电作用捕获颗粒，随着颗粒在表面和孔道内不断积累，容易出现堵塞、压降升高和性能衰减。2022 年，侯旭团队在 Nature 报道了基于动态水界面的连续空气净化（Nature, 2022, 610, 74-80），首次提出“响应性液体门控技术”，利用特定功能液体作为结构与功能材料，实现了不同微尺度颗粒物在水界面的高效过滤与吸收，打通了从过滤吸收、防污防腐到长期运行的技术难关。该工作将传统固体滤材依赖的“有效表面积”转换为液体材料的“有效体积”，既提高了净化效率，也增大了系统的尘容量。此次发表在 Nature Sustainability 的工作在此基础上进一步将功能液体稳定在开放孔道表面，并引入电荷诱导机制，为高通量、低阻力和长寿命空气净化提供了新的液基净化路径。

CILF 的颗粒捕获包括三个连续过程：首先，颗粒在电荷诱导区被极化并偏离原有气流轨迹，定向迁移至接地液衬表面；随后，颗粒接触液-气界面形成弯月面，毛细力将其牢固捕获；最后，颗粒进入功能液体体相并重新分散，减少在孔口堆积和再释放。与传统固体过滤膜、电驻极过滤膜以及微流控气泡过滤方式相比，CILF 保持了开放的气体通道，并通过动态液衬持续更新捕获界面，在高净化效率与低流动阻力之间建立新的平衡。

在 1 m s^-1 风速下，CILF 一次净化效率最高达 99.6%；连续运行超过 3500 h 后，效率仍保持在 99% 以上且压降稳定。团队通过优化参数，实现了膜材料大尺寸的卷对卷制备。基于该技术的空气净化原型机在 30 m³ 标准测试舱内获得 377 m³ h^-1 的 CADR值，已满足部分实际应用场景的需求。此外，研究团队将 CILF 集成到主动送风口罩中，并构建了面向微重力环境的液衬空气净化系统。该电荷诱导液衬过滤技术不仅可以用于颗粒物净化，也为功能液体按需设计、滤材清洗再用以及不同的通风受限场景中的可持续空气净化提供了新的技术方案。

电荷诱导液衬过滤膜（CILF）的设计概念 （图源自 Nature Sustainability）

这项工作将空气净化中的捕获位置从易饱和、易堵塞的固体表面，进一步转移到可更新的液体体相。通过电荷诱导提供长程、定向的颗粒输运，液-气界面提供强毛细捕获，液体体相提供高容量吸收，CILF 在同一平台上兼顾了高效率、低阻力、长寿命和可再生性，把液基空气净化从界面机制推进到可放大的器件和系统。展望未来，CILF 从颗粒物净化向气态污染物治理的拓展，是其在可持续空气净化领域实现更完整价值的关键一步。以甲醛为例，它被国际癌症研究机构（IARC）列为一类致癌物，由家具、黏合剂与建材持续释放，可在室内存留数年，暴露与白血病及鼻咽癌密切相关。随着现代建筑为节能而愈发密闭，室内浓度恰在人们停留时间最长的场所不断攀升；世界卫生组织估计，每年数百万例过早死亡可归因于室内空气污染。然而，如何在规模化条件下捕获这种小尺寸、高反应性的气态分子，至今仍是一个未解的困境：传统固体吸附剂迅速饱和，存在将已捕获污染物二次释放的风险，并最终以持久性固废的形式，把它们本应缓解的环境负担又还给了环境。CILF 的液体体相吸收机制为突破这一困境提供了材料基础——若能将功能液体的捕获对象从颗粒物拓展至气态分子，同时解决液体再生与污染物集中处理问题，液基净化有望在颗粒物与气态污染物之间建立统一的可持续净化平台。电荷诱导与流体动力学的耦合机制、面向不同污染物的功能液体按需设计，以及液体再生与污染物集中处理的工程化方案，也是未来需要持续攻关的方向。此外，团队还与中国航天钱学森空间技术实验室合作，探索了液基过滤技术在空间密闭环境中的适用性，为航天等特殊场景下的空气净化需求提供了新的可能。

该研究是在我室侯旭教授和华侨大学张运茂教授的共同指导下完成，化学化工学院2020级博士张俭（现为中国科学技术大学苏州高等研究院特任副研究员）与厦门大学环境与生态学院2023级博士生李铭为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、华侨大学科研启动经费、“111计划”以及新基石科学基金会、科学探索奖等项目的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41893-026-01920-w