KAUST 研究人員表明，通過對膜內(nèi)孔徑和均勻性進(jìn)行前所未有的控制，離子篩分聚合物膜可以以極高的精度運(yùn)行。生物神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理是通過細(xì)胞膜選擇性傳輸稱為離子的帶電粒子。如果制造的膜能夠?qū)崿F(xiàn)類似的離子選擇性，它可以改變許多技術(shù)，包括水凈化、礦物提取和能量存儲。

“通過聚合物膜實(shí)現(xiàn)亞納米級的精確離子分離非常具有挑戰(zhàn)性，”化學(xué)工程師賴志平說。

當(dāng)原子或分子失去或獲得電子時形成離子，因此獲得正電荷或負(fù)電荷。源自單個原子的那些，例如鈉 (Na + )、鋰 (Li + ) 或氯 (Cl - ) 離子，其直徑小于 1 納米(10 -9米)。研究人員使用已知大小的離子進(jìn)行模擬研究，這有助于確定合適的單體，這些單體可以作為連接到共軛微孔聚合物 (CMP) 膜結(jié)構(gòu)所需的分子單元。

然后他們使用一種稱為電聚合的過程來制造聚合物膜。該過程使用循環(huán)電流來控制 1,3,5-三(N-咔唑基)苯單體分子連接在一起時形成的精確結(jié)構(gòu)。

“由于膜結(jié)構(gòu)不對稱，確定由此產(chǎn)生的孔徑和孔隙率水平具有挑戰(zhàn)性，”賴說，并補(bǔ)充說，“為了克服這個問題，我們必須制作數(shù)百個樣品。”

孔隙的微小尺寸和性質(zhì)使他們無法使用許多常見的結(jié)構(gòu)測定方法進(jìn)行分析，但在氣體物理吸附中找到了解決方案，該方法研究材料與氣體的相互作用。

在使用含有一系列離子的溶液的測試中，證明該膜具有優(yōu)于幾乎所有其他報(bào)道的膜的選擇性離子篩分性能。

“這表明我們的創(chuàng)新聚合物膜在許多與能源和環(huán)境相關(guān)的離子分離過程中具有巨大潛力，”Zongyao Zhou 說。從海水中去除離子以生產(chǎn)可飲用的水是一種明顯的可能性?？沙潆婋姵睾推渌芰看鎯ο到y(tǒng)也依賴于控制離子的運(yùn)動。

周說，該團(tuán)隊(duì)的下一個目標(biāo)是探索薄膜在各種創(chuàng)新化學(xué)傳感器中的應(yīng)用潛力。許多對環(huán)境或醫(yī)學(xué)感興趣的化學(xué)品由離子組成。選擇性地允許感興趣的離子通過膜的膜可用于新一代更精確和靈活的傳感器技術(shù)。

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