中外合作发现氧化石墨烯薄膜离子筛选效应

记者日前从中国科学技术大学获悉，该校教授吴恒安与诺奖得主、英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆合作，发现氧化石墨烯薄膜具有精密快速筛选离子的性能。相关成果近期发表于《科学》杂志。

据介绍，石墨烯表面本来是排斥水的，但浸入到水中后，石墨烯薄膜里的毛细通道却允许水的快速渗透。此次研究人员发现，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，而且要比传统的浓度扩散快上千倍。

吴恒安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。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。这一发现为实验结果给出了合理的解释，也被称为“离子海绵效应”。

相关专家表示，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。

据悉，同期《科学》杂志专门对该研究进行了展望评述，认为该发现使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。