記者日前從中國科學技術大學獲悉，該校教授吳恒安與諾獎得主、英國曼徹斯特大學教授安德烈˙海姆合作，發現氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。相關成果近期發表于《科學》雜志。
據介紹，石墨烯表面本來是排斥水的，但浸入到水中后，石墨烯薄膜里的毛細通道卻允許水的快速滲透。此次研究人員發現，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，允許直徑小于0.9納米的離子或分子快速通過，而直徑大于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，而且要比傳統的濃度擴散快上千倍。
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濾離子的機理。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。這一發現為實驗結果給出了合理的解釋，也被稱為“離子海綿效應”。
相關專家表示，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。
據悉，同期《科學》雜志專門對該研究進行了展望評述，認為該發現使氧化石墨烯薄膜在眾多分離應用中具有重要意義，例如在海水淡化與凈化、傳感技術、電力通信以及能源轉換等領域具有廣闊的應用前景。
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