纳米多孔膜的原子级孔洞小于十亿分之一米，在净化污水、从水中提取有价值的金属离子或用于渗透发电方面具有强大的潜力。
但这些令人兴奋的应用在一定程度上受到了一个接一个地穿透单个亚纳米孔的繁琐过程的限制。
最近，芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)博士研究生Eli Hoenig说:“如果我们要扩大二维材料膜的规模，使其适用于实验室以外的应用，那么‘一次一个孔’的方法是不可行的。”“但是，即使在实验室实验的范围内，纳米孔膜提供的信号也比单个孔大得多，从而提高了灵敏度。”
Hoenig是最近发表在《自然通讯》上的一篇论文的第一作者，该论文发现了解决这一长期问题的新途径。在PME助理刘冲教授的带领下，该团队创造了一种新的孔隙生成方法，该方法可以构建具有故意弱点的材料，然后应用远程电场一次生成多个纳米级孔隙。
刘说:“我们的逻辑是，如果我们可以预先设计材料的外观和弱点在哪里，那么当我们进行孔隙生成时，电场会捕捉到这些弱点，并首先开始在那里钻孔。”
通过重叠几层多晶二硫化钼，研究小组可以控制晶体相遇的位置。
“假设我有两个完美的水晶。当两个晶体结合在一起时，它们不会仅仅是平滑地粘在一起。有一个接口，它们开始相互连接，”刘说。“这就是所谓的晶界。”
这意味着他们可以对晶界进行“预定型”——以及最终在晶界形成的孔洞——控制得非常好。
但是，通过这种技术可以微调的不仅仅是位置。孔隙的浓度甚至它们的大小都可以提前确定。该团队能够将孔的大小从4纳米调整到小于1纳米。
这为工程水处理系统、燃料电池或任何其他应用提供了灵活性。
“人们想要精确地创造和限制毛孔，但通常这种方法是有限的，所以你一次只能创造一个毛孔，”刘说。“这就是为什么我们开发了一种方法来创建高密度毛孔，在这种方法中，你仍然可以控制每个毛孔的精度和大小。”
虽然这项技术有许多用途，但赫尼格认为环境应用最令人兴奋。其中包括处理水和提取有价值的材料，如锂，这是世界向可再生能源过渡所需要的电网规模电池所需要的。
霍尼格说:“至少在基础科学层面上，有针对性的水净化和资源回收是同一枚硬币的两面，对我来说，两者都非常重要。”
刘说，这篇新论文是与PME孟雪教授和PME助理教授杨硕龙量子小组的电池重点实验室进行跨学科合作的一个知识分支。这三个实验室跨越学术孤岛，此前合作突破了在晶体上生长量子量子位的长期障碍。
刘说:“我们的三个团队正在努力开发精密合成技术，不仅针对一种材料，也不仅仅针对一种材料特性。”“我们正在共同研究如何操纵材料的成分、结构和缺陷，以创造精确的缺陷和孔隙。”
