從《少年派的奇幻漂流》到《魯濱孫漂流記》，人在孤島不毛之地尤其是茫茫大海上，面臨最大的生存挑戰便是如何獲取淡水。試想一下，如果他擁有一個小型手持裝置，只有杯子大小，就能快速從海水中提取大量淡水，生存概率將大大增加。
23日在滬頒授的上海市自然科學一等獎獲獎項目，就可以讓少年派、魯濱孫等不再愁。華東理工大學物理學院方海平教授團隊“固液微觀界面動力學性質的理論研究及其應用”已有一項落地成果——這一款便攜式的海水淡化器，其外形和尺寸類似保溫杯，重量還不到1公斤，就可為落海者提供超過一周的淡水。
據悉，這也是華理作為牽頭單位項目獲得的5項一等獎、10項二等獎之一，總計15項大獎成果讓他們成為2023年度上海市科學技術獎大會的獲獎大戶。
華理上海市科技進步獎一等獎項目“大型水泥生產過程智能控制與優化運行關鍵技術及工業應用”示范工廠鳥瞰。
【裝機實測水通量達陶氏海水淡化膜15倍】
那么，“杯子淡化海水”的奧秘是什么？其實，原理很簡單——它內部采用了特殊的氧化石墨烯膜，能夠有效阻擋并過濾鹽離子，同時允許水分子通過。
眾所周知，石墨烯是由碳原子組成的蜂窩狀平面薄膜，其獨特的二維結構使其在能源、材料等領域展現出巨大的應用潛力。國際上普遍希望利用石墨烯的二維特性來構筑高性能的分離膜，以解決污水處理和海水淡化等領域的核心技術難題。
然而，這一目標的實現要求將石墨烯的“層間距”控制在十分之一納米的精度，這無疑是一個極具挑戰性的課題。長期以來，專注于水研究的方海平教授從2008年開始接受這項挑戰。
化學家們早就發現，石墨烯的蜂窩狀結構具有一種特殊的電子行為，這被稱為π電子。π電子能夠與鈉離子等陽離子產生強烈的相互作用，形成“離子-π”作用。然而，由于水合離子的存在，這種作用在水溶液中通常會被忽視。
方海平團隊基于統計物理理論，認識到離子-π作用在水溶液中的重要性，并結合量子力學計算，開發了相應的計算軟件，提出應當利用離子精確控制石墨烯膜的層間距，以實現離子篩分和海水淡化。
令人興奮的是，他們的實驗成功驗證了這一理論預言。解放日報·上觀新聞記者了解到，相關論文已在國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）上發表。
基于離子控制石墨烯膜的基礎研究，團隊成功研發出一款實用化的石墨烯復合海水淡化膜。根據裝機實測的結果，這種膜的水通量約為美國陶氏海水淡化膜水通量的15倍，是目前最先進的實用化海水淡化膜之一。此外，團隊研制出“保溫杯”大小的便攜式海水淡化器，成果已入選上海市綠色技術目錄。
【新發現罕見特性，反傳統理論預言】
不止于為海水淡化提供理論支撐，方海平教授團隊的另一個重要成果，在于他們在石墨烯表面觀察到了一氯化鈣的二維晶體。
“這個發現顛覆了傳統觀念，因為人們通常認為，鈣是二價的，它的化合物必然是二氯化鈣，因此不可能具有鐵磁性，并且是絕緣的。”方海平說。
實際上，這些一氯化鈣二維晶體展現出非常獨特的性質，不僅具備導電性，還具有室溫下的鐵磁性。更為罕見的是，它們同時具備壓電性質和金屬性質——這些特性預示著，在晶體管、磁性裝置、導電電極等研發領域，以及在儲氫、催化劑等方面的應用上，它們都會大有用武之地。
對“水滴在水層上”的奇異現象進行理論預言，也是方海平獲獎項目的重要成果。人們日常所見的，是水滴在落入水面后，會很快擴散開并融入水體中。然而，針對“常溫下水總是完全浸潤于水”的傳統觀點，方海平團隊提出了一個反傳統的理論預言。
研究團隊設計出帶極化電荷的固體平面，作為一般表面的模型。其中，晶格常數和電荷大小都可以接受調控。這樣一來，在表面上晶格和電荷的誘導下，水分子會形成有序結構。在這層結構上，水分子不再鋪展開，而是形成水滴，呈現“水滴在水層上”的現象。研究論文于2009年首次發表后，這一預言很快獲得國內外多個課題組的驗證，研究人員在金屬、礦物、氧化物等10多種材料表面都發現了類似現象，表明該現象在自然界中普遍存在。
據介紹，這項進展有望為發展既不易沾污又能減阻的材料提出新的設計思路，例如應用于船舶表面防污涂層、醫用血管支架等領域。“多年來，我們的工作主要是運用理論物理方法，結合統計物理分析和分子動力學模擬，研究在表面、細通道內和響應體系中的離子對水的行為影響，獲得了一些普遍規律，相信還有更多的規律等待我們一起去發現，并深入應用。”方海平說。
上海市自然科學獎一等獎項目華理“組裝誘導純有機室溫磷光”團隊在一起。
解放日報·上觀新聞記者了解到，華理此次獲得上�？萍吉剟畹捻椖浚腥种䴙樽匀豢茖W獎類別，其中包括化學學院馬驤教授領銜的“組裝誘導純有機室溫磷光”項目等一等獎2項，還有材料學院侯宇教授領銜的“新型太陽能電池的關鍵材料設計及性能調控機制研究”項目等二等獎8項。從基礎研究到應用研究，“企業行業出題、校企共答、市場閱卷”，多個獲獎項目聚焦“大安全”“大健康”兩大領域，聚焦新能源、新材料“兩新”特色，培育新質生產力并為發展新質生產力帶來高水平轉化。
