近日，biwn必赢胡晟教授团队在纳米通道内壁表面离子快速扩散机理研究方面取得重要进展，相关成果以“Surface diffusion enhanced ion transport through twodimensional nanochannels”为题发表于Science Advances（DOI：10.1126/sciadv.adi8493）。
纳米尺度孔道中的离子传输现象广泛存在于自然界和工程技术中，呈现出快速、高选择性等传输特性，同时还展现出一些新奇的非连续行为。这些特性近年来引起了研究者们的广泛关注。目前，离子传输通常被认为是通过受限通道中的溶质（如受限水）进行的。然而，最新的研究表明，受限通道内壁表面同样可以通过表面扩散传输离子。然而，深入理解相关机理受限于尺寸可控、内壁结构可调的模型通道的构筑。二维材料具有种类丰富、表面结构明确且原子级平整等特点。用其作为内壁构筑通道，可以实现对通道特征尺寸的原子级精准调控，为从实验和理论角度创建这类模型体系，以探究相应的离子传输机理，提供了良好的平台。
基于此，研究团队提出了一种可用于精准构筑的二维纳米通道模型体系的新方法。在这体系中，通道的顶壁和底壁分别由原子级平整的石墨晶体和云母晶体组成。其中，云母的亲水特性使其表面会吸附几个原子层的水层，通过石墨封装后形成高度约为1nm左右的层间通道。研究发现，离子穿过通道的电导相较体相传输有数量级的提升，且这种快速传输行为不能用已有的离子溶质传导的模型进行描述。混合溶液实验和理论推导表明，云母-石墨通道中的离子传输来源于离子在通道内壁表面的扩散。云母内壁表面可以选择性地吸附阳离子，其浓度最高可以达到空间密堆积的极限并支撑高离子电导。该工作确立了纳米通道内壁表面作为离子传输的新通路，并为如快速离子传输、传感和渗透能发电等需求高离子电导的器件和应用设计提供了新思路。
该研究工作是在biwn必赢胡晟教授指导下完成的。biwn必赢2019级博士生蒋宇为第一作者。该工作得到了国家自然科学基金（21972121、22021001）和国家重点研发计划（2019YFA0705400）等项目的支持。
文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8493
