隨著全球水資源短缺問題日益嚴峻，用于污水凈化和海水脫鹽的高效鹽水分離和凈化技術(shù)成為研究熱點。二維材料因獨特的物理和化學性質(zhì)，在分離膜領(lǐng)域備受關(guān)注。理想的二維材料膜應(yīng)具備高選擇性和高通量的分子傳輸能力，但目前在二維材料上實現(xiàn)大面積均勻的亞納米孔結(jié)構(gòu)面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的納米孔制備方法如離子或電子束輻照、化學或等離子體刻蝕難以精確控制孔徑和孔密度，導致膜性能受限。因此，探索能夠在二維材料合成過程中直接形成精確孔結(jié)構(gòu)的方法，對于提升分離膜性能具有重要意義。

　　中國科學院青海鹽湖研究所、上海大學、華南理工大學、香港大學、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學等，基于前期對界面水合離子相互作用的理解以及對受限空間離子篩分和輸運行為的認識，進一步發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控二硫化鉬（MoS2）晶界納米孔缺陷尺寸，可以實現(xiàn)有效水/離子分離和離子精準篩分，達到海水淡化及離子精準提取的效果。

　　該研究結(jié)合分子動力學模擬和密度泛函理論計算，揭示了單層MoS2晶界處形成的八元環(huán)孔結(jié)構(gòu)的尺寸篩分效應(yīng)。這一孔徑允許單鏈水分子快速通過，同時完全阻止水合離子如Na+和Cl-通過。因此，單層MoS2晶界處形成的八元環(huán)孔結(jié)構(gòu)可作為分子篩，以分離水和離子。實驗過程中，通過精確控制MoS2晶粒的生長方向，在大面積單層MoS2膜中實現(xiàn)豐富的8-MR孔結(jié)構(gòu)。進一步，研究通過調(diào)節(jié)晶粒生長時間、硫蒸氣壓力等參數(shù)，實現(xiàn)了對晶粒尺寸和晶界密度的精確調(diào)控。優(yōu)化后的MoS2膜在多種測試條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如高水滲透性、高離子選擇性以及良好的機械和化學穩(wěn)定性，在海水淡化、污水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為二維材料在分離膜領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路。這一方法不僅能夠精確控制孔結(jié)構(gòu)，并可以實現(xiàn)大面積連續(xù)膜制備。

　　相關(guān)研究成果以Engineering grain boundaries in monolayer molybdenum disulfide for efficient water-ion separation為題，發(fā)表在《科學》（Science）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、上海市、青海省、香港特別行政區(qū)研究資助局等的支持。

不同大小的缺陷結(jié)構(gòu)對應(yīng)不同尺寸的篩分通道，用于水/離子分離