中英科學(xué)家聯(lián)手發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯薄膜離子篩選效應(yīng)

記者日前從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授吳恒安與諾獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆合作，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。相關(guān)成果近期發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

據(jù)介紹，石墨烯表面本來(lái)是排斥水的，但浸入到水中后，石墨烯薄膜里的毛細(xì)通道卻允許水的快速滲透。此次研究人員發(fā)現(xiàn)，水環(huán)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(xì)通道，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過(guò)，而直徑大于0.9納米的離子被完全阻隔。該篩選效應(yīng)不僅對(duì)離子尺寸要求非常精準(zhǔn)，而且要比傳統(tǒng)的濃度擴(kuò)散快上千倍。

吳恒安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(guò)濾離子的機(jī)理。計(jì)算機(jī)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(jìn)了離子的快速擴(kuò)散。這一發(fā)現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了合理的解釋?zhuān)脖环Q(chēng)為“離子海綿效應(yīng)”。

相關(guān)專(zhuān)家表示，如果通過(guò)機(jī)械手段進(jìn)一步壓縮薄膜中的毛細(xì)通道尺寸，將能高效率地過(guò)濾海水中的鹽分。這意味著制造一個(gè)在幾分鐘內(nèi)即可將一杯海水淡化成飲用水的過(guò)濾裝置，已不再是科幻小說(shuō)場(chǎng)景。

據(jù)悉，同期《科學(xué)》雜志專(zhuān)門(mén)對(duì)該研究進(jìn)行了展望評(píng)述，認(rèn)為該發(fā)現(xiàn)使氧化石墨烯薄膜在眾多分離應(yīng)用中具有重要意義，例如在海水淡化與凈化、傳感技術(shù)以及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。