有机溶剂纳滤（OSN）是化工和制药行业中分离和回收有机溶剂及高价值产品的重要技术。在OSN中，精确分离分子量相近、尺寸差异极小的同系物（如分子量不同的药物中间体、聚合物齐聚物）是一个巨大的挑战。二维MXene膜因其规整的层状通道而被视为下一代高性能分离膜。纯MXene在有机溶剂中容易发生层间距无序溶胀，导致选择性丧失。理论计算表明，在MXene表面端基引入高电负性的氟原子（-F），可以显著增强层间的范德华和静电作用力，从而稳定层间距，并改变层间通道的化学环境（亲疏水性）。本研究的特色是“理论先行，实验验证”。首先通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟，预测了具有不同-F覆盖率的MXene膜的稳定层间距，以及不同分子大小的PEG齐聚物在这些通道中的传输能垒。然后，根据模拟结果给出的最优参数，指导实验上精确制备出具有特定氟化程度的MXene纳滤膜。

  实验结果显示，氟化MXene膜在甲醇和乙腈中展现了极其稳定的层间距和卓越的分离性能。其能精准地区分分子量仅为200和400Da的PEG，截留分子量曲线极为陡峭，选择性远高于未氟化的MXene膜和传统商品OSN膜。分子模拟追溯了PEG分子在F-MXene层间的运动轨迹，揭示了其分离机制主要是由层间通道的精确尺寸筛分和F原子与PEG分子中醚氧键的弱排斥力共同决定。该研究为“理论指导实验”加速高性能分离膜开发提供了成功范例。

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