二维材料已经成功组装到设备上，并为海水淡化制造了尽可能小的人工孔。
曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)的研究人员成功地在一种只有几埃(0.1纳米)大小的新薄膜上制造出了微小的狭缝。这使得研究各种离子如何通过这些小孔成为可能。
狭缝由石墨烯、六方氮化硼(hBN)和二硫化钼(MoS2)制成，令人惊讶的是，它允许直径大于狭缝尺寸的离子通过。排除大小的研究有助于更好地了解类似规模的生物过滤器，如水通道蛋白的工作原理，从而有助于开发用于海水淡化的高通量过滤器和相关技术。
对于对流体及其过滤行为感兴趣的科学家来说，能够控制地制造出尺寸接近小离子和单个水分子大小的毛细血管，是一个最终但似乎遥远的目标。
研究人员一直试图模仿自然发生的现象离子传输但事实证明，这并非易事。不幸的是，用标准技术和传统材料制作的通道在尺寸上受到材料表面固有粗糙度的限制，通常至少比小离子的水合直径大十倍。
今年早些时候，NGI开发的氧化石墨烯薄膜作为新的过滤技术的有前途的候选者引起了相当大的关注。这项利用二维材料的新工具包的研究证明了从盐水中提供清洁饮用水的现实潜力。
为了更好地理解离子传输背后的基本机制，由曼彻斯特大学安德烈·海姆爵士领导的一个小组制作了只有几埃大小的原子平缝。这些通道在化学上是惰性的，在埃级上有光滑的壁。
研究人员用两块100纳米厚的石墨晶片制作了狭缝设备，两块石墨晶片的间距为几微米，是通过剥离大块石墨晶体获得的。然后，他们在其中一个石墨晶体板的每条边缘放置矩形的双层石墨烯和单层MoS2的二维原子晶体，然后在第一个石墨晶体板的顶部放置另一个晶体板。这就在平板之间产生了一个高度等于隔板厚度的间隙。
“这就像拿一本书，在边上各放两根火柴，然后在上面再放一本书。”海姆解释道。“这在书的表面之间创造了一个间隙，间隙的高度等于火柴的厚度。在我们的例子中，书是原子平坦的石墨晶体，而火柴棒是石墨烯或MoS2单层。”
这种组装是由范德华力固定在一起的，缝隙的大小大致与水通道蛋白的直径相同，水通道蛋白对生物体来说是至关重要的。缝隙是可能的最小尺寸，因为缝隙与较薄的间隔是不稳定的，并崩溃，因为相互吸引的墙壁。
当离子浸入离子溶液时，如果在缝隙上施加电压，离子就会流过缝隙，离子流就构成了电流。该团队测量了离子通过缝隙穿过氯溶液时的电导率，发现离子可以像预期的那样在施加的电场下通过它们。
领导这项实验的博士后研究员Gopi Kalon博士解释说:“当我们更仔细地观察时，我们发现较大的离子比氯化钾等较小的离子移动得更慢。”
这篇论文的第一作者Ali Esfandiar博士补充道:“传统观点认为，直径大于狭缝尺寸的离子无法渗透，但我们的研究结果表明，这种解释过于简单。事实上，离子的行为更像柔软的网球，而不是坚硬的台球，大离子仍然可以通过——要么扭曲它们的水壳，要么可能完全脱落它们。
这项新研究发表在科学，表明这些新观察到的机制在使用尺寸排除海水淡化中起着关键作用，是创建高通量的关键步骤海水淡化膜。
图片来源:曼彻斯特大学
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