關於Janus粒子的論述，最早恐怕要追溯到P. G. de Gennes的諾獎演講（當然，最早關於Janus粒子的文章要再早一些）。Janus是古羅馬神話中的兩面神的名字，據說他有兩張臉，一張面向過去，一張面向未來。而在化學領域，它被用來形容具有不對稱結構，特別是相反結構或性質的材料。Janus粒子也成為了最早被研究的Janus材料之一。當Janus的概念被引述到二維材料的時候，Janus界面材料則成為了研究者們重新關注的一個熱點，例如，Janus膜。
早期對於Janus膜的研究集中在其獨特的定向滲透現象，隨著對Janus膜的深入了解，相關研究正逐漸轉向實際應用之中，比如油水分離、酶膜反應器、鼓泡器、膜蒸餾等等。來自韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）的Sang Kyu Kwak和Sang-Young Lee教授課題組將具有Janus結構的電池隔膜應用於鋰離子電池中，相關論文發表在Advanced Functional Materials上。（Janus-Faced, Dual-Conductive/Chemically Active Battery Separator Membranes. Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602734）。
圖片來源：Adv. Funct. Mater.
在鋰離子電池中，電池隔膜起到兩個主要作用：一是隔絕正極與負極，防止短路；二是提供離子通道。不過在這項工作中，研究者把關注點放在了另外兩個問題上。一方面，在反覆的充放電過程中，陰極中鋰金屬氧化物裡的重金屬離子（如Mn2+、Ni2+、Co2+等）會溶解造成陰極結構變化，以及其遷移到陽極還原成重金屬，會導致在循環充放電過程中電池容量的急劇退化，在高溫情況下更為顯著。另一方面，儘管傳統觀念認為電池隔膜應該完全絕緣，但是最近對於鋰硫電池的研究表明，如果電池隔膜貼近電極的部分如果為導電薄層，則可能有利於電極的電子傳導。
圖片來源：Adv. Funct. Mater.
基於上述背景，研究者們利用了同步電紡/電噴技術製備了具有Janus結構的電池隔膜。電池隔膜由兩部分組成，一部分是同步電紡聚乙烯基吡咯烷酮/聚丙烯腈（PVP/PAN）納米纖維並電噴巰基化的二氧化矽粒子（厚度為25微米），另一部分則是電紡聚醚醯亞胺（PEI）並電噴碳納米管（厚度為3微米）。製備完成後，他們還通過滾筒熱壓技術提高兩層之間的粘合力。SiO2/PVP/PAN層的二氧化矽粒子表面的巰基能夠有效捕獲電解液中的重金屬離子，而PEI/CNT層則具有較好的導電性（電導率約為4.93 S/cm），能夠提升陰極表面的電子傳導行為。
圖片來源：Adv. Funct. Mater.
實驗結果是顯而易見的，相較於傳統的聚烯烴電池隔膜，Janus膜在各個方面的性能都有了顯著的提升，特別是在解決了重金屬離子在陽極表面的沉積問題後，電池在多次循環中的電池容量的下降得到了有效的抑制。
最後簡單的總結一下。Janus膜的一個重要的設計思路就是通過兩層不同性質的膜來解決應用過程中的不同問題，這一思路在這篇論文中得到了充分的體現，而在未來的研究中，Janus膜的這一潛力同樣可以應用在環境、能源、醫療等領域的各個分支。
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201602734/abstract
（本文由YHC供稿）