2D材料制成的设备可分离海水中的盐分
二维材料已成功制成具有最小可能人工孔洞的用于淡化水的设备。曼彻斯特大学国家石墨烯研究所（NGI）的研究人员成功制造出一种新型薄膜上的微小裂缝，其尺寸仅为几个埃（0.1纳米）。这使得研究各种离子如何穿过这些微小孔洞成为可能。这些裂缝由石墨烯、六角硼氮（hBN）和二硫化钼（MoS2）制成，让先于裂缝尺寸的离子穿透。尺寸排除研究有助于更好地理解类似尺寸的生物滤器如水通道蛋白是如何工作的，从而有助于开发高通量的水淡化过滤器及相关技术。这项利用二维材料新工具包的研究展示了从海水中提供清洁饮用水的真实潜力。为更好地理解离子传输的基本机制，曼彻斯特大学的安德烈·盖姆爵士领导的团队制造了几个埃尺寸的原子平整裂缝。这些通道在埃尺寸上具有平滑壁面和化学稳定性。研究人员从石墨晶体的两片100纳米厚晶体板上切下数微米的薄片，并在其中一片上的每一条边缘上放置了双层石墨烯和单层MoS2的矩形块，然后在第一片上放置了另一片。这样产生了两片之间的间隙，其高度等同于垫片的厚度。“这就像拿起一本书，在其每一边缘放两根火柴棍，然后将另一本书放在上面。”盖姆解释道，“这样就在书的表面之间产生了与火柴棍厚度相等的间隙。在我们的案例中，书是原子平坦的石墨结晶，而火柴棍是石墨烯或MoS2单层结晶。”这种组装由范德华力保持，裂缝大约与水通道蛋白的直径相同，对生物体很关键。裂缝尺寸是最小的，因为具有较薄垫片的裂缝是不稳定的，会因相反壁面的吸引而坍塌。若施加电压，离子可通过这些裂缝在盐溶液中传输，形成电流。团队通过斜切钙离子溶液测量离子电导率，并发现离子可以按预期在施加电场下通过。卡伦博士领导实验工作，并解释说，“当我们仔细观察时，我们发现较大的离子移动速度比氯化钾等较小的离子慢。” 伊斯法迪亚尔博士是论文的第一作者，补充说，“传统观点是大于裂缝尺寸的离子不能渗透，但我们的结果表明这种解释过于简单。事实上，离子的行为更像软网球而不是硬台球，大离子仍然可以通过——可能通过改变它们的水壳或可能完全脱落。”这项发表在《科学》上的新研究显示，这些新观察到的机制在利用尺寸排除进行淡化中起着关键作用，是创建高通量水淡化膜的关键步骤。
