海水快速淡化將不再“科幻”

記者13日在此間獲悉，中國科技大學工程科學學院近代力學系吳恆安教授、王奉超博士與諾獎得主英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授課題組合作，在石墨烯功能材料研究方面取得重要進展，發現了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。

石墨烯以其獨特的力學和電學特性被稱為“神奇材料”。然而，石墨烯與水之間的相互作用機理並不為人們所了解。石墨烯表面本來是排斥水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜裡的毛細通道卻允許水的快速滲透。此前，吳恆安教授曾在英國曼徹斯特大學做訪問學者，針對氧化石墨烯薄膜獨特的隔氣透水性質與該校實驗科學家們開展了合作研究，為此次取得重要進展奠定了基礎。

最新的合作研究表明，水環境中的氧化石墨烯薄膜與水相互作用后，形成約0.9納米寬的毛細通道，允許直徑小於0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大於0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應不僅對離子尺寸要求非常精準，而且比傳統的濃度擴散快上千倍。吳恆安教授課題組用理論分析和分子模擬方法，研究了石墨烯納米通道快速過濾離子的機理。他們的計算機模擬研究表明，石墨烯與離子之間的相互作用使離子在納米通道中聚集，從而促進了離子的快速擴散。這一發現合理解釋了實驗結果，也被稱為“離子海綿效應”。

專家評價，如果通過機械手段進一步壓縮薄膜中的毛細通道尺寸，將能高效率地過濾海水中的鹽分。這意味著制造一個在幾分鐘內即可將一杯海水淡化成飲用水的過濾裝置，已不再是科幻小說場景。

刊發這項研究成果的國際著名期刊《科學》專門進行了展望評述，認為該發現使得氧化石墨烯薄膜在眾多分離應用中具有重要意義，例如在海水淡化與淨化、傳感技術以及能源轉換等領域具有廣闊的應用前景。（記者李陳續、通訊員楊保國）