材料表面结垢对表面物质流动以及热、电、光等传导均具有重要影响，会极大降低工业过程中各种设备的性能。例如，结垢会降低热交换器和锅炉的加热效率、增加管道压力、造成膜组件堵塞、汽轮机叶片腐蚀、降低电极导电性和活性等等，极大增加设备的运行成本和安全隐患。因此，从分子和原子尺度理解材料表面上水、离子、以及材料本身的相互作用机制，研究材料表面特性如表面粗糙度、表面电荷、亲疏水性等对水分子和离子行为的影响，从而开发具有优异抗结垢性能的关键材料，对工业领域具有重要意义。
beat365在线体育官方网站环境学院与工程学院左魁昌课题组与美国莱斯大学、清华大学、耶鲁大学等组成的联合研究团队，报道了六方氮化硼（hBN）优异的抗结垢性能，其不仅优于传统的金属（钛Ti）和高分子有机物（聚偏氟乙烯PVDF），更优于具有超强抗污染性能的石墨烯。实验和理论计算表明，hBN这种优异的抗结垢性能主要来自于其原子级光滑的表面形貌、由B-N极性键引起的表面能量褶皱、以及和水分子尺寸相当的晶格常数。后两个因数导致hBN与极性水分子之间发生强烈相互作用，从而在hBN表面形成致密水膜，阻碍了矿物离子和晶体在hBN表面的附着与生长。
视频：原始铜片（pristine）、生长了石墨烯（graphene）的铜片以及生长了hBN的铜片在饱和CaSO4中的结垢行为。其中原始铜片表面迅速结垢、石墨烯表面也有少量结垢，而hBN在220分钟的运行中几乎没有结垢，显示出优异的抗结垢性能。
研究成果以“Ultrahigh resistance of hexagonal boron nitride to mineral scale formation”为题于2022年8月4日发表于Nature Communications（DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32193-4）。beat365在线体育官方网站左魁昌研究员为该文第一作者，beat365在线体育官方网站为第一单位。莱斯大学张祥博士为共同一作。莱斯大学李琪琳教授、楼峻教授、Pulickel M. Ajayan教授以及清华大学王炜鹏助理研究员为通讯作者。其他合作者还包括美国耶鲁大学Menachem Elimelech院士、莱斯大学Pedro J.J. Alvarez院士、EliezerF.Oliveira博士、郭华博士、黄小川、翟天舒。
此外，作为该成果的前期工作，左魁昌研究员还于2020年在Nature Nanotechnology上发表了关于hBN材料的应用。基于其优良的热稳定性、化学稳定性、导热性、绝缘性等性能，该工作报道了hBN在高浓盐水深度脱盐与浓缩领域的应用。相关内容可见https://doi.org/10.1038/s41565-020-00777-0
