110纳米精度内“杯子淡化海水”

  华东理工大学物理学院方海平教授团队“固液微观界面动力学性质的理论研究及其使用”，昨日获上海市天然科学一等奖，该项意图一项落地效果——外形和尺度相似保温杯的便携式海水淡化器，分量不到1公斤，能快速从海水中提取很多淡水。

  “杯子淡化海水”的原理很简单——它内部采用了特别的氧化石墨烯膜，可以有用阻挠并过滤盐离子，一起答应水分子经过。

  膜是由碳原子组成的蜂窝状平面薄膜，其共同的二维结构使其在动力、资料等范畴展现出巨大的使用潜力。世界上遍及期望使用的二维特性来构筑高性能的别离膜，以处理污水处理和海水淡化等范畴的核心技能难题。

  但是，这一方针的完成要求将石墨烯膜的“层距离”操控在十分之一纳米的精度，方海平教授从2008年开端专心这项应战。

  化学家们早就发现，石墨烯的蜂窝状结构具有一种特别的电子行为，这被称为π电子。π电子可以与钠离子等阳离子发生激烈的相互效果，构成“离子-π”效果。但是，因为水合离子的存在，这种效果在水溶液中一般会被忽视。方海平团队依据计算物理理论，认识到“离子-π”效果在水溶液中的重要性，并提出应当使用离子准确操控石墨烯膜的层距离，以完成离子筛分和海水淡化。他们的试验成功验证了这一理论预言，相关论文已在世界顶尖学术期刊《天然》（Nature）上宣布。

  依据离子操控石墨烯膜的基础研究，团队成功研宣布一款实用化的石墨烯复合海水淡化膜。依据装机实测的效果，这种膜的水通量约为美国陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是现在最先进的实用化海水淡化膜之一。此外，团队研制出“保温杯”巨细的便携式海水淡化器，效果已当选上海市绿色技能目录。

  不只为海水淡化供给理论支撑，方海平教授团队还在石墨烯外表调查到了一氯化钙的二维晶体。“这个发现推翻了传统观念，人们一般以为，钙是二价的，它的化合物必定是二氯化钙，因而不可能具有铁磁性，并且是绝缘的。”方海平说。

  实际上，这些一氯化钙二维晶体展现出很共同的性质，不只具有导电性，还具有室温下的铁磁性。更为稀有的是，它们一起具有压电性质和金属性质——这些特性预示着，在晶体管、磁性设备、导电电极等研制范畴，以及在储氢、催化剂等方面的使用上，它们大有用武之地。