AFMマテリアルズジャーナルクラブ

グラフェンベースのスマートメンブレン:電気的に制御されたマスウォーター輸送

によって K.-G.周、K. S. Vasu, C. T. チェリアン, M. ニーク・アマル, J.C. 張, H. ゴルバンフェクル・カラシャミ, K. 黄, O. P. マーシャル, V. G. クラヴェッツ, J. エイブラハム, Y. Su, A. N. グリゴレンコ, A. プラット, A. K. Geim,.M F. peeters, K. K.

自然, 2018, 559, 236-240

水分子の輸送を精密に制御するスマート膜技術は、ヘルスケアや水浄化など、さまざまな研究開発分野で非常に関心を寄せられています。従来の高分子膜では、水透過の制御は、一般的に構造変調または表面物理化学的修飾を介して行われます。もう一つの長い間求められているアプローチは、完全なブロッキングから超高速透過までの水の流れの電気制御です。これは、これらの著者によって実験的に実証されています。しかし、外部の電気刺激に基づく制御の基礎は、矛盾する理論と議論されている。

ノーベル賞受賞者のグラフェンによって共著された本研究では、μm厚黒鉛酸化物(GO)膜が、初期電気コンディショニング後に精密で可逆的で安定した電気的に制御された浸透を示すことが実証され、大規模な産業用途の可能性を示しています。初期の電気的コンディショニングは、制御可能な電気的破壊を介して膜内の導電性フィラメントの形成によって起こることが確認される。高解像度のPeakForce TUNA画像は、これらのフィラメントの直径が<50 nmで、膜が約107 cm-2のフィラメント密度を有することを明らかにします。

AFMに加えて、熱、顕微鏡、分光技術、分子動力学シミュレーションとともに、既存の理論に関する議論に取り組むためにこの研究に採用されています。今回の研究チームは、電流を運ぶ導電性フィラメントの周囲の誘導電場が、H2O分子を適用バイアス下のH3O+およびOH-イオンに解約することを証明している。これらのイオンは、イオンと周囲の水との強い水素結合からの強い相互作用により、大きな水和クラスターを形成し、適用されたバイアスに応じて水の輸送を減少または妨げる。