当西瓜皮投身科研，解决了离子传输膜的技术难题！

作者 李传福 史湘绮

在人类对自然界的无尽探索中，我们总能发现一些令人惊叹的现象，它们往往隐藏在最不起眼的角落。比如，一个普通的西瓜皮，可能在大多数人眼中只是垃圾，但在科学家的眼中，它却是一个蕴含着无限可能的宝库。近日，西湖大学孙立成教授团队的一项突破性研究，就将西瓜皮推上了科研的前台，揭示了它在离子传输领域的潜在应用。

故事的起点有些滑稽。孙立成教授团队的唐堂博士抱着一个速冻后的西瓜，本想快速降温，却意外得到了一个坚硬如铁的西瓜。解冻后，西瓜皮膜一碰就掉，这个看似尴尬的瞬间，却激发了唐堂博士的灵感。他意识到，这层薄薄的西瓜皮膜，可能就是他们一直在寻找的离子传输膜的理想材料。

剥离解冻后的西瓜皮膜 图源：西湖大学

在电化学二氧化碳还原反应中，离子传输膜的作用至关重要。它不仅影响能源转换效率，还直接关系到产物收集的成本。现有的离子传输膜存在多种局限，如能量效率低、依赖昂贵的催化剂、产物收集成本高等。因此，开发新型高效的离子传输膜，是科研人员一直在努力的方向。

孙立成教授团队发现，西瓜皮膜在冷冻剥离后，只剩下大约75微米的厚度。这种天然的膜材料，在电化学二氧化碳还原反应中展现出了卓越的性能。

西瓜皮膜示意图 来源：西湖大学

他们通过深入研究西瓜皮的生物学特性，揭示了其离子选择性的机制。研究发现，西瓜皮细胞壁中的纤维素和果胶，形成了具有特定孔径的三维通道，这些通道只允许氢氧根离子通过，而排斥了酸根离子。

研究团队进一步发现，西瓜皮膜中的果胶通过其表面的羟基官能团形成结合水，促进水分子之间形成连续的氢键网络。这种网络不仅加速了氢氧根离子的传输，还有效地阻止了酸根离子的通过。这一发现，为设计新型离子传输膜提供了重要的理论基础。

西瓜皮膜内的“离子选择性传输机制”示意图 来源：西湖大学

孙立成团队不仅在理论上取得了突破，还将这些发现应用到了实际的膜材料制备中。他们利用西瓜皮膜的机理，设计并制备了新型的离子传输膜，这些膜在电解水和电化学二氧化碳还原反应中展现出了超高性能。

这项研究再次证明了自然界的无限智慧。一个看似普通的西瓜皮，竟然蕴含着解决能源转换效率问题的关键。孙立成团队的这项工作，不仅是对西瓜皮的一次深刻解读，更是对自然界的一次崇高致敬。他们的发现，不仅推动了科学的进步，也为我们提供了一种全新的视角，去观察和理解我们周围的世界。