海水快速淡化将不再“科幻”

记者13日在此间获悉，中国科技大学工程科学学院近代力学系吴恒安教授、王奉超博士与诺奖得主英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授课题组合作，在石墨烯功能材料研究方面取得重要进展，发现了氧化石墨烯薄膜具有精密快速筛选离子的性能。

石墨烯以其独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”。然而，石墨烯与水之间的相互作用机理并不为人们所了解。石墨烯表面本来是排斥水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛细通道却允许水的快速渗透。此前，吴恒安教授曾在英国曼彻斯特大学做访问学者，针对氧化石墨烯薄膜独特的隔气透水性质与该校实验科学家们开展了合作研究，为此次取得重要进展奠定了基础。

最新的合作研究表明，水环境中的氧化石墨烯薄膜与水相互作用后，形成约0.9纳米宽的毛细通道，允许直径小于0.9纳米的离子或分子快速通过，而直径大于0.9纳米的离子被完全阻隔。该筛选效应不仅对离子尺寸要求非常精准，而且比传统的浓度扩散快上千倍。吴恒安教授课题组用理论分析和分子模拟方法，研究了石墨烯纳米通道快速过滤离子的机理。他们的计算机模拟研究表明，石墨烯与离子之间的相互作用使离子在纳米通道中聚集，从而促进了离子的快速扩散。这一发现合理解释了实验结果，也被称为“离子海绵效应”。

专家评价，如果通过机械手段进一步压缩薄膜中的毛细通道尺寸，将能高效率地过滤海水中的盐分。这意味着制造一个在几分钟内即可将一杯海水淡化成饮用水的过滤装置，已不再是科幻小说场景。

刊发这项研究成果的国际著名期刊《科学》专门进行了展望评述，认为该发现使得氧化石墨烯薄膜在众多分离应用中具有重要意义，例如在海水淡化与净化、传感技术以及能源转换等领域具有广阔的应用前景。（记者李陈续、通讯员杨保国）