華東理工大學物理學院方海平教授團隊“固液微觀界面動力學性質的理論研究及其應用”，昨天獲上海市自然科學一等獎，該項目的一項落地成果——外形和尺寸類似保溫杯的便攜式海水淡化器，重量不到1公斤，能快速從海水中提取大量淡水。

　　“杯子淡化海水”的原理很簡單——它內(nèi)部采用了特殊的氧化石墨烯膜，能夠有效阻擋并過濾鹽離子，同時允許水分子通過。

　　石墨烯膜是由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜，其獨特的二維結構使其在能源、材料等領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。國際上普遍希望利用石墨烯的二維特性來構筑高性能的分離膜，以解決污水處理和海水淡化等領域的核心技術難題。

　　然而，這一目標的實現(xiàn)要求將石墨烯膜的“層間距”控制在十分之一納米的精度，方海平教授從2008年開始專注這項挑戰(zhàn)。

　　化學家們早就發(fā)現(xiàn)，石墨烯的蜂窩狀結構具有一種特殊的電子行為，這被稱為π電子。π電子能夠與鈉離子等陽離子產(chǎn)生強烈的相互作用，形成“離子-π”作用。然而，由于水合離子的存在，這種作用在水溶液中通常會被忽視。方海平團隊基于統(tǒng)計物理理論，認識到“離子-π”作用在水溶液中的重要性，并提出應當利用離子精確控制石墨烯膜的層間距，以實現(xiàn)離子篩分和海水淡化。他們的實驗成功驗證了這一理論預言，相關論文已在國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）上發(fā)表。

　　基于離子控制石墨烯膜的基礎研究，團隊成功研發(fā)出一款實用化的石墨烯復合海水淡化膜。根據(jù)裝機實測的結果，這種膜的水通量約為美國陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是目前最先進的實用化海水淡化膜之一。此外，團隊研制出“保溫杯”大小的便攜式海水淡化器，成果已入選上海市綠色技術目錄。

　　不只為海水淡化提供理論支撐，方海平教授團隊還在石墨烯表面觀察到了一氯化鈣的二維晶體。“這個發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)觀念，人們通常認為，鈣是二價的，它的化合物必然是二氯化鈣，因此不可能具有鐵磁性，并且是絕緣的。”方海平說。

　　實際上，這些一氯化鈣二維晶體展現(xiàn)出非常獨特的性質，不僅具備導電性，還具有室溫下的鐵磁性。更為罕見的是，它們同時具備壓電性質和金屬性質——這些特性預示著，在晶體管、磁性裝置、導電電極等研發(fā)領域，以及在儲氫、催化劑等方面的應用上，它們大有用武之地。