從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系吳恒安教授和王奉超博士，與諾獎(jiǎng)得主、英國(guó)曼徹斯特大學(xué)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突破性進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了氧化石墨烯薄膜具有精密快速篩選離子的性能。研究成果發(fā)表在近日出版的《科學(xué)》雜志上。

石墨烯以其獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)特性被稱為“神奇材料”。然而，石墨烯與水之間的相互作用機(jī)理并不為人們所了解。石墨烯表面本來(lái)是排斥水的，但浸入到水中的石墨烯薄膜里的毛細(xì)通道卻允許水快速滲透。他們最新的合作研究表明，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。他們的計(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)合理解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也被稱為“離子海綿效應(yīng)”。

專家稱，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。

《科學(xué)》專門對(duì)這項(xiàng)研究成果進(jìn)行了展望評(píng)述，認(rèn)為該發(fā)現(xiàn)使得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)及能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。