饮用水中全氟化合物（PFAS）的去除是环境科学领域面临的重要挑战。这类物质因其持久性、生物累积性和潜在毒性，对生态环境和人体健康构成严重威胁。然而，传统膜技术在处理低浓度全氟化合物时面临选择性不足、操作压力高等瓶颈问题。开发具有界面亲和性精准调控能力的新型膜材料，实现低压高水通量条件下的高效去除，是解决这一难题的关键路径。

清华大学环境学院兰华春教授团队以膜界面静电与疏水吸附位点的协同构筑为核心思路，创新性地开发出低压高水通量双位点电控吸附膜技术。该技术通过在导电聚吡咯膜界面引入Cl⁻和AOT（二辛基磺基琥珀酸钠）分子，实现了静电与疏水双吸附位点的可控构建，为全氟化合物的高效去除提供了新的技术方案。

针对该团队对于膜界面分子分布状态及作用机制解析的研究需求，能谱分析平台采用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）技术，对膜界面AOT与Cl⁻的梯度掺杂进行了直接验证。TOF-SIMS元素分布成像清晰展示了不同掺杂比例下AOT与Cl⁻在膜界面的空间分布特征，证实了梯度掺杂策略的可行性。进一步的深度剖析揭示，膜界面疏水吸附位点的形成本质上是AOT分子中疏水烷基链在界面区域的定向暴露所致，为理解疏水相互作用机制提供了直接的分子层面证据。

图1 电聚合溶液中不同AOT/Cl^-摩尔比的电控吸附膜中-AOT和-Cl的TOF-SIMS映射图

图2 −S与−CH2的TOF-SIMS深度分析结果

同时,能谱分析平台利用多功能单分子力谱仪（AFM），通过液相环境中的粘附力测试与开尔文探针显微镜表征，直接测量并验证了膜表面疏水力和静电位点的存在与可调控性。液相AFM粘附力测试结果显示，随着AOT掺杂比例增加，膜表面与疏水探针之间的粘附力显著增强，直接证实了AOT对疏水相互作用的贡献；开尔文探针力显微镜测量表明，Cl⁻掺杂比例与表面电势呈正相关，验证了Cl⁻在形成静电结合位点中的关键作用。AFM实验数据与分子动力学模拟、能量分解分析等结果相互印证，强化了"疏水+静电双位点协同增强PFAS吸附"的核心结论，为“电激活双亲和膜”的高效去除能力提供了直接的实验证据。

图3 粘附力测试截图和表面电势表征截图

该成果以“Electro-activated dual-affinity membrane for low-pressure and high-flux removal of per- and polyfluoroalkyl substances from water”为题发表在Nature Water（2025, 3: 1198-1207）期刊上，该团队对能谱分析平台在表征上的支撑进行了致谢。