近日，在这一方法的基础之上，他和团队再接再厉，研发出一种 1Tʹ-二硫化钼纳米层状膜（下称“层状膜”）。
图 | 纳米片和纳米层状膜的制备及透射电子显微镜表征、扫描电子显微镜表征（来源：Advanced Materials）
在 1000 mV s-1 的扫描速率之下，层状膜能够实现较高的体积比电容、以及较低的电荷转移电阻。
其内部不仅具有纳米通道，而且拥有紧密堆叠的结构，解决了电容去离子法的体积脱盐能力弱的问题。
电容去离子实验结果显示：本次层状膜的体积脱盐容量达 65.1 mgNaCl cm-3。
X 射线衍射数据显示：伴随着二硫化钼层间动态的扩展，阳离子的存储容量也会变大，能够容纳 Na+、K+、Ca2+ 和 Mg2+ 等离子。
据介绍，电容去离子法是基于多孔、密度小的材料发展起来，并能实现优异的质量脱盐性能（指标：mg/g）。
而在制备本次层状膜的时候，该课题组基于二维过渡金属硫化物材料的特点，将纳米片进行堆积。
借此形成了紧实的纳米通道，从而在体积脱盐性能上（指标：mg/cm3）实现突破，在有限的空间范围之内实现了脱盐性能的最大化。
也就是说，通过创新的材料设计策略，层状膜克服了传统电容去离子法在体积脱盐能力上的局限，为解决全球淡水资源短缺问题提供了高效、可持续的新路径。
该团队表示，在家庭、岛屿、海上平台等场景中，本次层状膜可被用于打造便携式的小型脱盐装置。
这种小型化装置在使用、拆卸和维护都比较方便。而在若干年之后，或许还能推出商业化的产品。
图 | 1Tʹ-二硫化钼纳米层状膜在 1 M KCl 电解液中的电化学性质（来源：Advanced Materials）
日前，相关论文以《利用紧凑型二硫化钼纳米层实现卓越的体积海水淡化能力》（Achieving Exceptional Volumetric Desalination Capacity Using Compact MoS2 Nanolaminates）为题发在 Advanced Materials[1]。
Ting Ying 是第一作者，曾志远担任通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Advanced Materials）
弥补电容去离子法的“美中不足”
当前，地球面临着淡水短缺的严峻挑战。由于工业活动和农业活动，导致水资源污染进一步加剧，对人类健康构成了显著威胁。
因此，确保充足的淡水资源供应成为一项迫切需求，科学家们也开始将海水和微咸水资源的淡化作为解决方案。
尽管传统的淡化技术，比如反渗透技术和膜蒸馏技术已被广泛应用。但是，这些方法存在能耗较高的缺点。
而电容去离子法，则是一种既节能、碳足迹又比较低的方法。即便面对浓度小于 1000mg L-1 的低盐度咸水，电容去离子法也能去除其中的有害离子。
此外，对于处理工业废水中的金属离子、以及处理地下水中的有害离子，电容去离子法也具备一定的潜力。
然而，在家庭、岛屿、海上平台等场景下，由于现有电极材料的体积吸附容量过低，导致电容去离子法的应用受到了限制。
对于石墨烯、MXenes（一类二维无机化合物）、过渡金属硫族化合物等二维纳米片来说，当对它们进行有序堆叠之后，可以形成一种纳米层状膜，从而能够用于海水淡化。
相比石墨烯膜和 MXenes 膜，过渡金属硫族化合物膜拥有更好的抗溶胀性能，因此是电容去离子电极材料的理想候选者之一。
但是，由于二硫化钼存在多种晶相，这导致不同的结构组成，会影响离子的吸附性能。
围绕如何提升电容去离子法的体积脱盐能力，从而拓宽其应用场景，并探索不同晶相对于电容去离子性能的影响和背后机理，该团队开展了本次研究。
结合电池研究经验，打开二维材料新大门
事实上，曾志远在该领域的深耕要从十几年前说起。2011 年，他当时是新加坡南洋理工大学的一名博士生。
彼时，石墨烯是学术界一枚“香饽饽”。但是，由于自己当时缺乏经验，他一直在为寻找课题而苦恼。
后来，导师建议他结合自己之前的研究经历，开展一个制备其他二维材料的课题。
锂离子电池，是他在更早之前的研究方向。锂离子的嵌入和脱嵌，是锂离子电池的工作原理。那么，锂离子的嵌入是否有利于二维材料的制备？
以二硫化钼为例，由于它的层间插有离子，理论上应该更容易实现层状硫化钼的剥离。
抱着试试看的心里，他把二硫化钼涂在铜集流体上，进行一定容量的放电之后，将其放到水里进行超声振荡。
果不其然，效果非常不错、而且还有气泡产生。更重要的是，电极上的粉末一下子就能发生超声溶解，这说明分散的效果非常好。
可以说，正是这次偶然的尝试，让他发现了二维材料制备的新方法。
后来，他和当时的同事首次采用锂离子电池的方法，打造了电化学插层锂离子，并将其用于过渡金属硫族层状化合物的剥离。
通过此，一系列新型二维硫族化物纳米片得以诞生，其中包括单层二硫化钼、二硫化钨、二硫化钛、二硫化钽、二硫化锆和石墨烯等。
同时，一系列新型二维材料也得以面世，其中包括多层氮化硼、二硒化铌、二硒化钨、三硒化二锑和碲化铋等 [2]。
电容去离子：二维材料的良好应用出口
此后十年间，他先后辗转到美国劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究，并在（硅谷）做了两年的工程师。
2019 年，他重返学界、并全职回国加入香港城市大学。2022 年，他和团队针对上述方法的实验步骤和注意事项，进行了详细的归纳 [3]。
借此发现：使用上述方法制备的二维纳米片，可以均匀地分散在水溶液之中，并且不需要添加任何表面活性剂，亦可被用于墨汁打印技术之中。
正是上述工作所产生的影响力和关注度，让他坚定了继续探索插层和剥离工作的决心。
材料制备的新方法已经到位，那么到底能带来什么应用？
近年来，环境污染的问题愈发严重，于是他开始探索：所制备的这一系列二维材料，能否为环境污染的治理提供新的解决方案？
如前所述，电容去离子法——是一种既节能、碳足迹又比较低的方法，能用于去除低盐度咸水中的有害离子。
而二维材料拥有极大的比表面积，因此非常适合用于电容去离子。也就是说，对于电容去离子来说，它是二维材料的一个极佳的应用出口。
在这个寻找的过程中，曾志远发现 open minded 非常重要，大量动手做实验也非常重要。
因为一个新方法的建立，必须通过大量实验和各种表征手段的重复检测才能摸索出来。
自 2022 年至今，通过和来自国内、美国、法国、韩国等高校的学者合作，他先后在 Nature Reviews Chemistry、Nature Protocols、Nature Synthesis、Advanced Materials、Matter 等顶刊，联合发表了一系列的材料类论文。
