在氧化石墨烯（GO）層狀薄膜中，層間含氧官能團支撐起sp2納米毛細管網(wǎng)絡(luò)，這一獨特結(jié)構(gòu)具有超快水傳輸特性及對水中不同溶質(zhì)的優(yōu)異選擇性，在過濾與分離領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。利用GO薄膜篩除尺寸大于其層間納米毛細管臨界尺寸的溶質(zhì)分子和離子，進而用于納濾和超濾已被普遍接受。然而，利用GO薄膜實現(xiàn)水脫鹽仍存在挑戰(zhàn)性，目前所報道的研究結(jié)果存在極大的爭議，阻礙了GO薄膜在實際海水淡化應(yīng)用領(lǐng)域的進一步研究和發(fā)展。利用GO薄膜實現(xiàn)水脫鹽應(yīng)用是一個具有前景而又存在巨大挑戰(zhàn)的發(fā)展方向，對于解決全球清潔淡水資源的短缺與污染問題具有重大意義，因此在推動這一新興薄膜材料面向?qū)嶋H海水淡化應(yīng)用領(lǐng)域前需論證其是否具有水脫鹽能力以及如何充分開發(fā)其潛能等若干基礎(chǔ)問題。

近日，清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉課題組通過綜合運用同位素標記法輔助同步跟蹤水分子和鹽離子跨膜擴散、壓力驅(qū)動過濾及分子動力學(xué)計算模擬，揭示了GO薄膜水脫鹽研究中所存爭議背后長期以來被忽視的原因。結(jié)果表明，GO薄膜在濃度梯度驅(qū)動擴散過程中可實現(xiàn)優(yōu)異的水/離子選擇性，在水脫鹽應(yīng)用領(lǐng)域具有潛力，而在壓力驅(qū)動過濾過程中GO薄膜的脫鹽率很低。實驗和理論研究證實，上述矛盾結(jié)果源于水/離子選擇性與外加壓力和GO層間納米通道長度間的強關(guān)聯(lián)作用。外加壓力削弱了受限于GO納米通道中的水–離子相互作用，進而降低了水/離子選擇度，而GO納米通道長度調(diào)控不同鹽離子間的相對選擇性并在水和離子的傳輸過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用。以上研究結(jié)果為理解GO薄膜的深層次脫鹽機制奠定了基礎(chǔ)?？紤]到外加壓力對GO薄膜的本征較高水/離子選擇度產(chǎn)生的負面作用以及水分子和鹽離子在GO薄膜中的獨特傳輸機制，較厚GO薄膜在正滲透脫鹽領(lǐng)域的應(yīng)用是未來具有潛力的發(fā)展方向。