纳米科学与技术的蓬勃发展为水污染控制等诸多领域的升级与变革提供了新契机。就水处理技术而言，众多纳米材料已表现出优异的污染物深度净化性能，但大规模应用仍面临众多瓶颈，如材料易团聚失活、难操作、潜在环境风险等。近年来的研究证实，通过将纳米材料固定化制成具有限域结构的复合纳米材料是克服上述瓶颈最为有效的策略之一。当相关基体的限域空间尺度降到几个纳米甚至更小尺寸时，限域空间内物质的相行为及相关化学反应路径往往会发生显著变化，即出现纳米限域效应，进而影响了相关复合纳米材料的净污行为与机制。探究与认知纳米限域效应对深化理解限域空间内功能纳米颗粒的生长过程、结构特性及其对目标污染物的净化行为与机制至关重要，但目前学界对这一方向的关注与研究还处于刚刚起步阶段。
潘丙才教授课题组长期从事水处理纳米技术及原理研究，十多年来围绕复合纳米材料的研制与应用取得了重要进展；近年来，课题组聚焦水处理纳米限域效应的基础研究与技术创新，在PNAS、AFM、ES&T等刊物已报道了部分研究进展。本论文对基于纳米限域效应的水处理原理与应用进行了系统综述和展望。论文首先对基于纳米材料的吸附、高级氧化、消毒、膜处理等水处理过程进行了概述，并对以天然矿物、碳材料、微孔介孔材料、聚合物材料、金属氧化物等为基体的复合纳米材料在水处理领域的应用现状进行总结分析，进而，从水分子的结构行为、晶体成核与生长、化学反应等三个方面详细分析了纳米限域效应的理论基础、行为及对水处理技术创新的潜在意义。简而言之，纳米限域空间可使水分子氢键网络发生改变，进而使限域水相表现出异常的热力学、动力学、流体力学性质与行为，并通过水分子氢键数目变化、超快流体力学等方式影响水处理效果；同时，纳米限域空间内晶体生长易出现成核阶段亚稳态输出、生长阶段优势晶面暴露等效应，并通过晶体结构可逆化再生、多过程分区结晶等影响水中污染物深度净化的过程与结果；此外，纳米限域体系也可通过富集反应物、稳定过渡态、改变内表面吸附势和氧化还原状态，实现更温和条件污染物的化学转化速率和选择性。本综述论文有望为拓展水处理纳米技术发展的新方向、推动水处理纳米技术的实用化进程提供重要的理论依据与方法参考。
论文以“Nanoconfinement Mediated Water Treatment: from Fundamental to Application”为题在线发表于环境领域知名学术期刊Environmental Science & Technology上(https://doi.org/10.1021/acs.est.0c01065)。论文由南京大学环境纳米技术研究中心客座研究员钱杰书教授、南京大学环境学院硕士高翔以及课题组负责人潘丙才教授共同完成，通讯作者为潘丙才教授。本研究得到了国家杰出青年基金和国家重点研发计划的资助。