KAUST 领导的团队证明，基于超薄聚合物的有序膜可有效去除海水和盐水中的盐分，可以为现有的海水淡化系统提供有前景的替代方案。
“水淡化膜应该同时表现出高水通量和高脱盐率，”领导该研究的于涵说。碳纳米材料(例如碳纳米管和石墨烯)有望满足这些要求，因为它们具有独特的表面化学性质和堆叠成直径小于一纳米的通道的倾向。然而，通道对齐和堆叠困难使得它们在膜中的大规模使用具有挑战性。
“解决这些限制的一种方法是通过二维多孔碳质膜，其具有规则且均匀分布的亚纳米级分子传输通道，”第一作者、Han 小组的博士后 Jie Shen 说。然而，这些膜通常在溶液中合成，这促进了具有不明确微孔的无序三维结构的随机生长。
Yu Han、Vincent Tung、Ingo Pinnau 和现就读于香港大学的前 KAUST 科学家 Lance Li 开发了一种方法，该方法有助于控制二维共轭聚合物骨架通过化学气相沉积生长成超薄碳膜。
研究人员在作为催化剂的有机碱存在下，将单体三乙炔苯沉积在原子级平坦的单晶铜基板上。三乙炔基苯带有三个反应性基团，可作为其他单体的锚点。这些组彼此呈 120 度角，生成有组织的明确定义的环状结构阵列，这些环状结构堆叠成亚纳米大小的菱形疏水通道。
该膜在正向和反渗透配置中表现出出色的海水淡化性能，超过了包含碳纳米管和石墨烯等先进材料的膜。它还表现出对二价离子以及带电小分子和中性分子的强烈排斥。
研究人员发现，水分子在膜内形成了一个三维网络，而不是像一维链一样沿着垂直的三角形通道穿过膜。这解释了通过膜的快速水传输。“这一出乎意料的结果表明，看似离散的垂直通道实际上是由短的水平通道相互连接的，这在投影的结构模型中很容易被忽略，”韩说。
该团队现在正致力于提高膜的防污性能、机械强度和长期化学稳定性，以用于未来的实际应用。他们还在微调其表面电荷特性和通道尺寸。“我们的最终目标是提供一个多功能的多功能平台，以满足各种应用的需求，例如离子筛分、单分子传感和神经接口，”Han 说。
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