正文共：1414字 4图 预计阅读时间：4分

论文概要：

海水淡化技术更容易解决全球饮用水短缺问题。

（另外，未来绿色氢气的制取更多的来源于水的分解反应，水可能成为稀缺资源）

但是，目前为止可以使用的水处理膜（从海水中去除盐分的过滤器）是有限的。

因此，由东京大学工学研究生院的伊藤教授领导的研究小组，研制出一种“氟化纳米管”，它可以让水以超高速通过，但不允许盐类通过。.

如果将其用于制造新的水处理膜，则有可能将海水高速转化为淡水。

该研究的详细信息发表在2022 年 5 月 12 日的科学期刊《science》上。

水处理膜的目标是“水通道蛋白”

在水处理膜的基础研究中，“水通道蛋白”一直备受关注(Figure 1)。

Figure 1. 只允许水通过的水通道蛋白

我们有机体的身体是由细胞组成的。

而这些细胞通过存在于细胞膜中的膜蛋白“水通道蛋白”来吸收水分。

水通道蛋白(Aquaporin)有一个0.3nm（纳米）的孔，只允许一个水分子通过，不允许其他离子或物质通过（Figure1）。

“Aquaporin”的意思是“水洞”，顾名思义。

长期以来，研究人员一直关注水通道蛋白的高透水性和除盐能力，并想知道它们是否可以用于海水淡化。

通过开发一种模拟水通道蛋白的材料，我们认为可以实现高速海水淡化。

虽然已经进行了大量的研究，但在这个阶段，我们还没有开发出一种性能大大超过水通道蛋白的材料。

因此，包括伊藤先生在内的研究团队决定远离水通道蛋白，另辟蹊径。

仅让水通过的“氟化纳米管”比水通道蛋白快 4500 倍

研究小组设想，“如果人工水通道蛋白的内壁的孔是排斥水的特氟龙（用于煎锅的表面处理,Figure 2），透水性会发生什么？”

Figure 2 超高疏水性的特氟龙材料

这种“氟化纳米管”的研发正是源于这种好奇。

这种纳米管的内壁像特氟隆一样被氟覆盖（Figure 3，左）。

Figure 3 研究者们开发的氟化纳米管

此外，孔径为 0.9 nm，比水通道蛋白大得多。

这么大的洞，看起来盐（NaCl）很容易通过，但实际上却没有。

这是因为内壁带负电荷，不允许氯离子侵入，氯离子也是负电荷。

此外，氟化纳米管的内表面具有破坏作用于水分子的键（氢键）的功能。

通常，水以几个分子结合的状态存在，但是当它结合到这个纳米管中时，结合会失去并分解成碎片。

结果，减少了管内的摩擦。超高速水渗透是可能的。

氟化纳米管只允许水以超高速通过，而不会通过盐。

此外，水的渗透速度比许多科学家一直瞄准的水通道蛋白快 4500 倍（Figure 4）。

Figure 4. 氟纳米管的材料设计目标

如果能够制造出氟化纳米管以相同方向排列的膜，那么将诞生压倒其他的下一代水处理膜。

我对未来的发展抱有很大的期望。

通过海水快速淡化解决世界饮用水短缺问题的那一天可能即将到来。

杂志：「Science」

论文：Ultrafast water permeation through nanochannels with a densely fluorous interior surface.

作者：Yoshimitsu Itoh,* Shuo Chen, Ryota Hirahara, Takeshi Konda, Tsubasa Aoki, Takumi Ueda, Ichio Shimada, James J. Cannon, Cheng Shao, Junichiro Shiomi, Kazuhito V. Tabata, Hiroyuki Noji, Kohei Sato,* and Takuzo Aida*

DOI：10.1126/science.abd0966