日前，我研究中心李金宇教授课题组在二维材料除盐研究方面取得系列新进展，相关成果分别以“Molecular dynamics simulation-directed rational design of nanoporous graphitic carbon nitride membranes for water desalination”和“Hexagonal boron nitride with nanoslits as a membrane for water desalination: A molecular dynamics investigation”为题，分别发表于Journal of Membrane Science (doi: 10.1016/j.memsci.2020.118869)和Separation and Purification Technology (doi: 10.1016/j.seppur.2020.117409)。
到2019年末，全世界共有约10亿人面临不同程度的水资源短缺问题。为了解决这一问题，科学家研究出可用于实现水盐分离的反渗透技术。反渗透膜是反渗透技术的核心，反渗透膜的厚度，机械强度及化学稳定性直接关系到反渗透的效率及成本。因此，开发出一种可靠的新型反渗透膜成为了科学家们亟需解决的问题。石墨相氮化碳(g-C3N4)和六方氮化硼(h-BN)是两种二维多孔纳米材料，它们的厚度可以达到原子级别，且化学性质稳定，是较高应用潜力的反渗透分离材料。李金宇课题组的前期研究工作表明，g-C3N4可被应用于反渗透水盐分离，但对于一价阳离子的去除率仍不够理想(Carbon, 2018, 140, 131)。借助于分子动力学模拟，课题组对g-C3N4材料除盐功能与分子机制进行了深入探究。研究表明，利用氢元素饱和的g-C3N4纳米孔可以阻止钠、钾离子的通过，有效提升材料的除盐效率。在h-BN的水盐分离模拟研究中，进一步发现纳米缝隙边缘的理化性质可显著影响水分子的输运，该发现在g-C3N4材料中也得到了印证。依据后者纳米孔边缘的不同元素及电荷状态，可将g-C3N4纳米孔分为若干个子区域，不同的子区域对水分子及盐离子的输运效率有明显差异。针对特定子区域所进行的理性化学修饰，可进一步提升材料的水盐分离性能。这些发现为未来设计新型除盐功能材料提供了新思路。
以上工作在李金宇教授与柳林博士后(现工作单位：福建农林大学)的指导下，由中心博士生刘以畅完成，程子微、宋美如及厦门大学化学化工学院傅钢教授与江丽芝博士后(现工作单位：福建师范大学)等参与了该工作。该研究工作得到国家自然科学基金(No. 21603033)，福建省自然科学基金(No. 2019J06007)和固体表面物理化学国家重点实验室开放课题(No. 201712)的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738820314447
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586620318839
