Tunable, Strain-Controlled Nanoporous MoS2 Filter for Water Desalination

海水淡化 纳米孔 材料科学 纳米片 纳米孔 滤波器(信号处理) 纳米技术 海水淡化 石墨烯 化学 电气工程 工程类 生物化学
作者
Weifeng Li,Yanmei Yang,Jeffrey K. Weber,Gang Zhang,Ruhong Zhou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:10 (2): 1829-1835 被引量:233
标识
DOI:10.1021/acsnano.5b05250
摘要

The deteriorating state of global fresh water resources represents one of the most serious challenges that scientists and policymakers currently face. Desalination technologies, which are designed to extract potable water from the planet's bountiful stores of seawater, could serve to alleviate much of the stress that presently plagues fresh water supplies. In recent decades, desalination methods have improved via water-filtering architectures based on nanoporous graphene filters and artificial membranes integrated with biological water channels. Here, we report the auspicious performance (in simulations) of an alternative nanoporous desalination filter constructed from a MoS2 nanosheet. In striking contrast to graphene-based filters, we find that the "open" and "closed" states of the MoS2 filter can be regulated by the introduction of mechanical strain, yielding a highly tunable nanopore interface. By applying lateral strain to the MoS2 filter in our simulations, we see that the transition point between "open" and "closed" states occurs under tension that induces about 6% cross-sectional expansion in the membrane (6% strain); the open state of the MoS2 filter demonstrates high water transparency and a strong salt filtering capability even under 12% strain. Our results thus demonstrate the promise of a controllable nanoporous MoS2 desalination filter, wherein the morphology and size of the central nanopore can be precisely regulated by tensile strain. These findings support the design and proliferation of tunable nanodevices for filtration and other applications.

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