伊利諾伊大學(xué)的工程師們發(fā)現(xiàn)了一種節(jié)能材料，能夠除去海水中的鹽分，實現(xiàn)了海水淡化。

一種MoS2單層中納米孔的計算機(jī)模型。此模型中，促使水通過的壓力可以低于通過標(biāo)準(zhǔn)塑料膜的壓力。

所謂的納米孔就是二硫化鉬（MoS2）納米薄片上布滿的小孔，該結(jié)構(gòu)可以讓大量的水通過，留下鹽和其他污染物。這一分離水和鹽的過程稱為海水淡化。發(fā)表在Nature Communications上的一項研究中，伊利諾斯的團(tuán)隊模擬了各種薄膜的性能，發(fā)現(xiàn)MoS2在海水淡化中表現(xiàn)出最大的效率，比石墨烯薄膜過濾的水量高70%。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者，美國國際機(jī)械科學(xué)與工程教授 Narayana Aluru這樣講：“盡管我們這個星球上有很多的水，但只有一小部分（淡水）是可以飲用的，如果我們能找到一種低成本、有效地凈化海水的方法，我們將在解決水危機(jī)問題上取得重大進(jìn)展?！?/p>

Aluru補(bǔ)充到：“尋找高效脫鹽的材料是海水淡化技術(shù)的關(guān)鍵，這種材料要能夠有效利用能源，并且只引起較小的污染。我認(rèn)為這項工作為下一代材料奠定了基礎(chǔ)。”Aluru同時是貝克曼高級科學(xué)技術(shù)研究所的一員。

大多數(shù)可用的海水淡化技術(shù)都依賴于一種稱為“反滲透”的方法：將海水通過一種薄的塑料膜來制備淡水。這種膜上有許多小孔——這些小孔足夠小，以至于鹽或污垢不能通過，但是能夠讓水通過。雖然它們可以很好地過濾掉鹽，但所得的淡水含量卻非常少。雖然用肉眼看來這些薄膜足夠薄，但這些膜在分子水平上進(jìn)行過濾，還是比較厚的。因此，必須施加大量的壓力來推動水流的通過。

“反滲透是一個非常昂貴的過程，”Aluru說，“該過程需要消耗大量能量，效率較低。此外，如果孔洞發(fā)生堵塞，那么膜將會失效。因此，我們需要更便宜、更高效、更持久的膜材料?！?/p>

施加的壓力與膜厚度成正比，所以即減小壓力，又能增大水通量的方法是減小膜的厚度。研究人員一直在尋找納米薄膜，如石墨烯。但是石墨烯與水之間的相互作用方式一直困惑著研究人員。

Aluru的團(tuán)隊使用DNA測序平臺研究了MoS2納米孔，并決定探索其淡化海水的性質(zhì)。使用儀器是國家超級計算應(yīng)用中心的“Blue Waters”超級計算機(jī)，他們發(fā)現(xiàn)MoS2單層片在膜的厚度、孔隙結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)方面具有優(yōu)良的性能。

二硫化鉬（MoS2）分子有一個鉬原子夾在兩個硫原子之間。二硫化鉬片層（MoS2）中，硫位于兩側(cè)，中間為鉬。在二硫化鉬片層上形成一個孔，使孔中心環(huán)繞的鉬露出來，就像一個噴嘴狀的孔隙。研究人員發(fā)現(xiàn)這種構(gòu)造可以使水通過。

“二硫化鉬具有先天的優(yōu)勢，中心的鉬可以吸引水，然后被兩側(cè)的硫推出來，所以水從孔隙中的通過率很高。二硫化鉬中，孔是固有的，孔的幾何形狀也是固定的，因此我們不需要修飾孔。而石墨烯中，修飾孔洞是一個非常復(fù)雜的過程?！边@項研究的第一作者研究生Mohammad Heiranian說到。

除了上述的化學(xué)性質(zhì)，單層的二硫化鉬片（MoS2）十分輕薄，僅需較少的能量就能促使水流通過，從而大大降低了運(yùn)營成本。且二硫化鉬的強(qiáng)度足夠大，即使這樣的薄片也能夠承受足夠的壓力和水壓。

伊利諾斯的研究者通過實驗測試了MoS2的海水淡化過程，研究了其結(jié)垢速率及孔洞堵塞問題。作為一種相對較新的材料，研究人員認(rèn)為，隨著其各種高性能應(yīng)用的提高，其制造技術(shù)也將提高。

伊利諾斯的研究生，現(xiàn)在在斯坦福大學(xué)博士后研究員Amir Barati Farimani說，“納米技術(shù)可以降低海水淡化工程的成本，同時實現(xiàn)節(jié)能。我現(xiàn)在在加利福尼亞，面臨很多急需解決的干旱問題。我非常希望這項工作能夠?qū)嶋H應(yīng)用于海水淡化工廠。”（來源：材料人網(wǎng)）