Ионный транспорт в чистом виде CNTP. Источник: Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-024-01925-w
Группа исследователей из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) обнаружила, что чистые металлические углеродные нанотрубки лучше всего подходят для транспортировки молекул.
Разделение молекул играет все возрастающую роль в современных технологиях: от опреснения воды до сбора критически важных материалов, производства ценных химикатов и фармацевтических препаратов.
Для улучшения транспорта воды и протонов ученые LLNL обнаружили, что внутренние поры размером менее одного нанометра в металлических углеродных нанотрубках лучше транспортируют материалы, чем обычные полупроводниковые углеродные нанотрубки.
«Эти результаты подчеркивают сложную роль электронных свойств нанофлюидных каналов в модулировании транспорта в условиях экстремального ограничения в наномасштабе», — сказал ученый LLNL Алекс Ной, ведущий автор статьи, опубликованной на обложке журнала Nature Materials.
Поскольку эти технологии становятся все более сложными и утонченными, их эффективность приближается к ограничениям материальных платформ, которые их поддерживают. Например, производительность полимерных мембран, которые играют большую роль в традиционных разделениях, ограничена, что говорит о том, что дальнейшее повышение точности разделения означает переход на материальные платформы, которые обеспечивают контролируемые однородные размеры пор и структуры.
В новом исследовании группа проанализировала металлические и сверхпроводящие нанотрубки, чтобы определить, какой материал лучше подходит для транспортировки молекул, и обнаружила, что лучше всего подходят чистые металлические углеродные нанотрубки.
«Синтетические каналы и нанофлюидные каналы представляют собой убедительные альтернативы обычным полимерным нанопорам», — сказал Юхао Ли, ученый LLNL и соавтор статьи.
«Во многих случаях они создают сильное пространственное ограничение, напоминающее биологические мембранные каналы, и могут использовать некоторые из их изысканных механизмов селективности», — добавил еще один соавтор, научный сотрудник LLNL Чжунву Ли.
Поры углеродных нанотрубок имеют гладкие гидрофобные стенки, которые обеспечивают необычайно быстрый транспорт воды и газа и сильную ионную селективность. Исследования, показывающие эти результаты, и другие исследования повышают вероятность тесной связи между электронными свойствами стенок канала и его эффективностью транспорта.
Другими авторами LLNL являются Джобаер Абдулла и Тед Лоуренс, а также исследователи из Массачусетского технологического института, Техасского университета в Остине и Национального института стандартов и технологий.
Дополнительная информация: Юхао Ли и др., Улучшение молекулярного транспорта в поринах чистых металлических углеродных нанотрубок, Nature Materials (2024). DOI: 10.1038/s41563-024-01925-w
Информация о журнале: Nature Materials
Предоставлено Национальной лабораторией им. Лоуренса в Ливерморе
