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中科院化學(xué)所毛蘭群研究員課題組于萍研究員在聚電解質(zhì)刷功能化納米管離子傳輸方面取得新進(jìn)展
2018-04-26  來源:中科院化學(xué)所

  近年來,納米限域結(jié)構(gòu)中的離子傳輸因其不僅具有重要的理論研究意義,而且在分子調(diào)控、能源轉(zhuǎn)換、過濾除鹽、離子器件、傳感器等領(lǐng)域中也具有潛在應(yīng)用價(jià)值,而受到廣泛的關(guān)注。不對(duì)稱納米孔中整流、負(fù)微分電阻、振蕩及滯后等獨(dú)特的離子傳輸行為研究,近年來已經(jīng)成為納米離子學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,其中最早發(fā)現(xiàn)的整流現(xiàn)象被研究的最為廣泛。改變傳輸離子的種類能使整流減小或反轉(zhuǎn),但是目前的整流反轉(zhuǎn)僅在多價(jià)離子體系中被觀察到,單價(jià)離子體系中的整流反轉(zhuǎn)現(xiàn)象尚未被報(bào)道,而整流比大小與Hofmeister序列的關(guān)系更是鮮有研究。

  在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的大力支持下,中科院活體分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室毛蘭群研究員課題組于萍研究員等科研人員在聚電解質(zhì)刷功能化微納米管離子傳輸方面開展了研究。通過表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法,實(shí)現(xiàn)了玻璃微納米管內(nèi)表面的聚咪唑陽離子刷的可控修飾,并在該微米管中,率先觀察到了整流現(xiàn)象,提出了同時(shí)適用于微米和納米尺度整流的模型(J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1396)。進(jìn)一步,他們利用此現(xiàn)象,成功構(gòu)筑了基于微米整流的ATP傳感器,實(shí)現(xiàn)鼠腦透析液中ATP的傳感分析(Anal. Chem., 2017, 89, 6794)。

  在上述研究的基礎(chǔ)上,他們進(jìn)一步研究了不同單價(jià)陰離子對(duì)聚咪唑陽離子功能化微納米管整流的影響。結(jié)果表明,不同于kosmotropes (如Cl-),chaotropes (如ClO4-)受疏水作用的驅(qū)動(dòng),更易吸附于聚咪唑陽離子表面,在高鹽濃度時(shí)發(fā)生過吸附,從而使得聚咪唑陽離子的表觀電荷發(fā)生反轉(zhuǎn),使得功能化微納米管的離子傳輸表現(xiàn)為濃度依賴的整流反轉(zhuǎn)(如圖一所示)。同時(shí),他們對(duì)Hofmeister序列中單價(jià)陰離子對(duì)應(yīng)整流比大小進(jìn)行排序,發(fā)現(xiàn)了該序列與Hofmeister序列一致,這也是首次在固體納米孔中觀察到Hofmeister序列。

圖1. 功能化納米管在不同離子溶液中的整流行為

  該研究為通過調(diào)控孔內(nèi)壁表面化學(xué)進(jìn)而構(gòu)筑基于納米孔的離子器件和傳感器提供了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 4590。

  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201800335

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