科學家們設計出一種革命性的解決方案，可能會重塑海水淡化和水質淨化技術。他們研製的膜可以在不依賴機械系統或化學反應的情況下，於水中運輸離子。這支國際研究團隊，包括來自德國赫爾穆茨中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）的科學家，介紹了一種新型的離子泵，該泵在多孔膜的兩側使用超薄金屬層，這些金屬層能夠控制帶電粒子的運動。與傳統的電化學系統相比，這種方法利用快速的電壓切換來促進離子流動，從而降低了能量消耗。
這項研究為水中持續的離子運輸提供了一種新方法，這是通過利用納米多孔材料中的棘輪機制來實現的。德國Teltow的赫爾穆茨功能材料可持續發展研究所的負責人Francesca Toma博士指出，這一創新標誌著基本電化學的一個重大進步。據報導，這一方法依賴於簡單的物理效應：當施加低電壓並快速開關時，金屬界面會經歷反覆的充電和放電周期。在這一過程中出現的小不平衡會生成控制的離子流，從而有效地泵送離子，而無需化學反應或運動部件。
為了展示這一方法的潛力，團隊將膜整合進一個緊湊的海水淡化系統。在實驗室測試中，該設備能夠在非常低的電壓下將水中的鹽分含量降低至50%。重要的是，該系統在實現這一目標的過程中，無需泵、需要壓力的過濾器或化學添加劑，這些通常會提高現有海水淡化技術的能量成本和複雜性。
這一項目聚集了來自加州大學爾灣分校、特拉維夫大學、麻薩諸塞大學波士頓分校以及勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的研究人員。研究結果突顯了膜在開發高能效水質淨化和海水淡化解決方案中的潛力。這種膜還能通過利用離子在電場下行為的微妙差異，實現帶相同電荷的離子的選擇性分離，這可能會推動從海水中回收鋰、去除飲用水中的重金屬、高級電池回收以及新診斷和傳感器技術的發展。
除了基本的見解外，這一概念還可能為更具能效的海水淡化和選擇性離子分離開辟新方向。Toma在新聞稿中表示，受到美國國家科學基金會、能源部（DoE）和歐洲研究理事會等主要資助機構的支持，這項研究強調了跨學科合作在解決全球水資源挑戰中的重要性。同時，它也展示了跨學科研究如何為具有高度環境和社會相關性的挑戰提供解決方案。Toma最後指出，看到多年前首次提出的想法通過國際合作和堅持不懈地發展成為具有技術潛力的重大科學貢獻，特別有意義。該研究已發表在《Nature Materials》期刊上。
