目前，地球上有超過10億人都面臨著水資源短缺的問題，隨著人口增長，氣候變化，水污染等，這一問題日益嚴峻。海水淡化被認為是解決這一問題的關鍵，其中具有顯著的水-鹽分離效率的反滲透技術（RO）備受期待。傳統(tǒng)的聚合反滲透膜仍然存在這樣的缺陷，如污垢阻力低，選擇性差，抗污穩(wěn)定性低，抗化學/熱降解差。因此，尋找和探索具有更好的滲透性，選擇性，化學穩(wěn)定性，并能同時抗污的新材料一直是科學家們不斷努力的方向。

理論上，原子厚度的膜可以導致很高透水率，由于水通量與膜厚度成反比關系，在這些材料中，石墨烯材料表現(xiàn)出耐污性、耐降解性、超高機械性能、抗撕裂的強度，可調的小孔隙尺寸，可調的滲透率，化學穩(wěn)定性和可伸縮的合成方法，這可能會帶來具有成本效益的生產(chǎn)。由于這些優(yōu)勢，石墨烯基膜被認為是用于下一代海水淡化系統(tǒng)很有前景的候選者。然而，納米多孔石墨烯在海水中的應用仍處于研究階段，由于很難在單層上鉆取半徑均小于0.45 nm的無缺陷亞納米孔而脫鹽。造成這種情況的主要原因是需要均勻的亞納米級孔徑的孔隙分布，這決定了孔徑的大小對納米多孔石墨烯的選擇性，對其提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，納米孔膜的制備是關鍵因素，這阻礙了多孔石墨烯膜技術的大規(guī)模應用。但眾多分離膜仍存在滲透性與脫鹽率的矛盾問題，即要想達到高脫鹽率，往往要犧牲水滲透性，難以實現(xiàn)兩全其美，這個問題也一直困擾著科學家們。

近日，昆明理工大學材料科學與工程學院于曉華教授和榮菊教授等指導的研究生侯金成在《Journal of Materials Chemistry A》上發(fā)表新型類石墨烯基海水淡化反滲透膜的重要研究成果，這一新型淡化膜以昆明理工大學命名(Kust-I)。Kust-I的孔徑為0.45 nm，解決了目前在單層上鉆取半徑均小于0.45 nm孔的挑戰(zhàn)。同時，膜層通過合理的電子結構設計，完美地結合了缺陷石墨烯的鹽離子高截留率和沸石結構的高使用壽命，首次設計了具有良好穩(wěn)定性、高力學性能、高鈉離子截留率和自清潔循環(huán)使用的反滲透膜材料。審稿人對這項工作給與了極高的評價：“The present work is contributing significant novelty and it fills gaps ofknowledge in graphene-like systems with potential applications for importantindustrial processes, so it is quite useful to the journal audience”。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D1TA05322A

圖1 Kust-Ⅰ的差分電荷密度

圖2 Kust-Ⅰ的優(yōu)化結構

圖3 Kust-Ⅰ海水淡化特性Kust - I在不同壓力下水的累積通過量(a)，海水淡化膜工作原理圖(b)，H2O (c)和O (d)過渡態(tài)的第一性原理計算

圖4Kust-Ⅰ的合成方法設計

審核編輯 ：李倩