一项由澳大利亚、中国、日本、新加坡和印度科研团队联合完成的国际研究，开发出一种基于钙插层氧化石墨烯的新型纳米材料，能够高效从空气中水蒸气中获取清洁饮用水，为全球水资源短缺问题提供了创新解决方案。
该研究由澳大利亚研究委员会碳科学与创新卓越中心（ARC COE-CSI）主导，新南威尔士大学副教授Rakesh Joshi与诺贝尔奖得主、新加坡国立大学教授Kostya Novoselov爵士共同领导。联合国报告指出，全球约22亿人缺乏安全管理的饮用水，而地球大气中悬浮的约1300万亿升水（相当于2600个悉尼港的储水量）虽仅占地球总水量的一小部分，却成为重要的潜在淡水来源。研究团队基于这一背景，致力于开发一种可直接从空气中提取饮用水的技术。
新型纳米材料的核心创新在于将钙离子嵌入氧化石墨烯中。氧化石墨烯是一种单原子厚度的碳晶格材料，经含氧基团功能化后具有良好的吸水性能。研究团队发现，当钙离子插入氧化石墨烯的氧原子层时，钙与氧的协同作用显著增强了材料的吸水能力。实验数据显示，氧化石墨烯单独吸附水量为X，钙单独吸附水量为Y，而钙插层氧化石墨烯的吸附量远大于X+Y，即“1+1>2”的协同效应。论文第一作者、新南威尔士大学任晓军（Carlos Ren）解释，这种增强效应源于钙与氧的配位方式改变了水与钙之间的氢键强度，使氢键更强，从而大幅提升吸水能力。
为进一步优化性能，研究团队将钙插层氧化石墨烯制成气凝胶形式。气凝胶是已知最轻的固体材料之一，其内部布满微米至纳米级孔隙，极大增加了表面积，使水分吸附速度比标准氧化石墨烯更快。同时，气凝胶的海绵状结构简化了水分释放过程，仅需将系统加热至约50℃即可完成解吸，能耗极低。论文共同作者Daria Andreeva教授强调，这一设计使材料兼具高效性与可持续性。
研究还依托澳大利亚国家计算基础设施（NCI）的超级计算机进行分子模拟，揭示了钙与氧化石墨烯的协同作用机制。新英格兰大学阿米尔·卡顿教授领导的计算团队通过建模发现，钙离子的插入不仅增强了氢键，还优化了材料表面的水分吸附路径，为设计更高效的大气水生成系统提供了理论依据。
目前，该技术仍处于基础研究阶段，但已引发业界关注。研究团队正与合作伙伴推进技术规模化，开发原型设备以进行实地测试。COE-CSI主任戴黎明教授指出，研究揭示了水分吸附过程的基础科学原理，尤其是氢键的作用，这些知识将为全球22亿缺水人口提供可持续的淡水解决方案，彰显了跨国科研合作的社会价值。
这项成果发表于《美国国家科学院院刊》，是澳大利亚、中国、日本、新加坡和印度科研团队通力合作的结晶，体现了科学无国界的精神。随着技术不断完善，新型纳米材料有望成为应对全球水资源危机的关键工具。
