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由於淡水資源有限和環境污染增加，淡水稀缺問題在世界範圍內受到越來越多的關注。海水淡化和水回收再利用是緩解這一問題的有效策略，這兩種方法都需要從水中分離污染物分子或鹽離子。最近，通過將2D納米片（GO, MXenes和TMDs）有序堆疊形成的納米層狀膜在海水淡化和納濾方面的研究已經展現出較好的應用前景。TMDs膜相較於GO和MXenes膜有較好的抗溶脹性能，但是原始的TMDs膜的有效層間距只有0.3nm左右，調控TMDs膜的層間距對於海水淡化性能尤為關鍵,當前找到一種簡單高效的調控方法仍然具有挑戰性。


圖1. 用於海水淡化的共價功能化MoS2膜的製備方法示意圖。


圖2.(a)剝離的MoS2-amide納米片TEM形貌.(b)共價功能化的MoS2膜的照片.(c)MoS2-amide膜的表面SEM形貌.(d)MoS2-amide膜的截面SEM形貌.(e) d圖中的MoS2-amide膜的截面EDX-mapping. (f)MoS2-amide膜的截面TEM形貌.


圖3.(a)MoS2, MoS2-amide和MoS2-ethanol膜的XRD圖譜. (b)堆疊的MoS2和MoS2-amide納米片堆疊的層間距示意圖.(c)MoS2, MoS2-amide和MoS2-ethanol膜的XPS (S2p)圖.(d) MoS2, MoS2-amide和MoS2-ethanol膜的FTIR圖.(e) MoS2, MoS2-amide和MoS2-ethanol的接觸角.(f) MoS2, MoS2-amide,MoS2-ethanol,MXene和GO膜的溶脹性能對比圖.


圖4.(a) MoS2-amide膜在不同鹽溶液中的XRD圖和(b)d-spacing圖以及(c)溶脹百分比圖.(d) MoS2-ethanol膜在不同鹽溶液中的XRD圖和(e) d-spacing圖以及(f)溶脹百分比圖. (g) MoS2-amide和(h) MoS2-ethanol膜對五種染料RhB, CV, AF, MO和EB的截留率性能圖.(i) MoS2-amide和(j) MoS2-ethanol膜對甲基橙MO的五次重複測試截留率圖. (k)不同厚度的MoS2-amide和MoS2-ethanol膜對NaCl的截留率和水通量性能圖.(l)二維無機膜的NaCl和水通量性能對比圖.


圖5. (a)模擬NaCl反滲透系統的示意圖. (b) MoS2-amide和MoS2-ethanol層間堆疊水分子的側面圖，其中MoS2-amide層間只有一層水分子.(c) (d)MoS2, MoS2-amide和MoS2-ethanol膜的水滲透速率以及離子截留率圖.(e)(f) Water density profile和PMF隨着水分子到層的中心距離的變化圖.

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這一成果近期發表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是香港城市大學的博士研究生梅亮和美國卡內基梅隆大學的博士生曹中林。通訊作者是香港城市大學的曾志遠教授（主頁：https://www.zeng-lab.com/），美國卡內基梅隆大學的Amir Barati Farimani教授以及清華大學的王海輝教授。


原文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202201416

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