氣體分離在工業生產和環境保護上都有廣泛的應用，包括碳捕捉、沼氣提純以及合成氣升級，這些過程都需要從氮氣（N₂）、甲烷（CH₄）或氫氣（H₂）等混合氣體中高效地分離出二氧化碳（CO₂）。以薄膜為基礎的氣體分離技術，在能耗上最多可以比傳統的胺液洗滌法或低溫分離法節省十倍，且操作更為簡便。然而，現有薄膜材料面臨了瓶頸：滲透率（permeance，即氣體穿過薄膜的速度）和選擇性（selectivity，即薄膜辨別不同氣體的能力）兩者之間存在著取捨，即所謂的 Robeson上限。另一類改良方案是「支撐液膜」（supported liquid membrane），通常以離子液體或胺類物質充填至多孔孔洞中，其可獲得較高的CO₂選擇性；但這類薄膜也有缺點，包括CO₂分壓升高後化學吸附位點會逐漸飽和而導致性能下降，以及氣體壓力超過5 bar後液層便容易破掉。事實上，自然界早已給出最好的解決方案：地球上最大的兩個碳匯，海洋和植物，都是靠液態水來吸收CO₂的。以植物為例，葉肉細胞的細胞壁上密布著充水的奈米通道，CO₂溶解於水並進入這些通道後才能被植物利用；而水的高表面張力，讓這些通道即使在高達150 bar的負壓下也能維持穩定而不乾涸。水，有兩個關鍵優勢：其一，CO₂在水中的溶解度比N₂、H₂和CH₄高約40倍；其二，水的高表面張力能透過毛細管力（capillary force），使液層在奈米尺度的孔洞中穩定存在、抵抗高壓。然而，過去幾乎沒有直接將純液態水本身作為氣體分離薄膜的案例。

近日，美國科羅拉多大學博爾德分校和瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊，以植物葉片的CO₂吸收機制為靈感，開發出以液態水作為氣體分離薄膜。研究人員將去離子水注入孔徑40至200奈米的親水性陽極氧化鋁多孔薄膜中，藉由毛細管力穩定水層。孔徑越小、能承受的壓差越高：孔徑40奈米的薄膜最高可承受72 bar的水位移壓力，遠超現有離子液膜的0.1至20 bar，足以應對天然氣脫硫等工業的進料壓力（20至70 bar）。研究人員進一步發現，縮薄水層可線性提升滲透率而不損及選擇性，當水層厚度從50微米降至190奈米時，CO₂滲透率從46提升至11,600 GPU（氣體滲透率單位），而CO₂：N₂、CO₂：CH₄和CO₂：H₂的選擇性分別達到40、26和31，突破了Robeson上限；該薄膜在低於1%相對濕度的乾燥進料氣下連續運行8天後仍無明顯的性能衰退。