作者安妮·斯塔克，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室 单壁碳纳米管内快速离子渗透的艺术表现
钾、氯和钠等小离子渗透通过纳米宽碳纳米管的内部体积，渗透速度比在大量水中的扩散速度快一个数量级
信贷:弗朗切斯科·福尔纳塞罗/LLNL 劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员发现，碳纳米管膜孔可以实现超快速透析过程，这将大大减少血液透析患者的治疗时间
分离复杂溶液中分子成分的能力对许多生物和人造过程至关重要
一种方法是通过在多孔膜上施加浓度梯度
这使得比孔径小的离子或分子从膜的一侧移动到另一侧，同时阻挡任何太大而不能穿过孔的东西
在自然界中，诸如肾或肝中的生物膜可以进行复杂的过滤，同时仍然保持高通量
然而，合成膜经常在选择性和渗透性之间进行权衡
决定什么能通过什么不能通过膜的相同材料特性不可避免地降低了过滤发生的速率
在《高级科学》杂志上发表的一项令人惊讶的发现中，LLNL的研究人员发现碳纳米管孔(直径比人类头发小几千倍的石墨圆柱体)可能为渗透性提供了一种解决方案
选择性权衡
当使用浓度梯度作为驱动力时，发现钾、氯和钠等小离子通过这些小孔扩散的速度比在本体溶液中移动的速度快一个数量级以上
该论文的主要作者史蒂文·布克斯鲍姆说:“这个结果出乎意料，因为文献中的普遍共识是，这种直径的孔隙中的扩散率应该等于或低于我们在体积上看到的扩散率。”
“我们的发现丰富了最近在几纳米的封闭空间中发现的令人兴奋且通常不为人所知的纳米流体现象的数量，”该项目的首席研究员弗朗切斯科·福尔纳塞罗补充道
该团队认为这项工作在几个技术领域都有重要意义
采用碳纳米管作为传输通道的膜可以实现超快速血液透析过程，这将大大减少治疗时间
类似地，用于纯化蛋白质和其他生物分子以及从电解质溶液中回收有价值的产品的成本和时间可以显著降低
在小石墨孔中增强的离子传输可以使超级电容器具有高功率密度，即使在接近离子孔径的情况下也是如此
为了进行这些研究，研究小组利用了以前开发的膜，这种膜只允许通过具有几个纳米直径的定向碳纳米管的中空内部进行传输
使用定制的扩散池，在这些膜上施加浓度梯度，并测量各种盐和水的传输速率
“我们已经开发了严格的控制测试，以确保记录的大离子通量没有其他可能的解释，例如通过膜的泄漏或缺陷发生的传输，”布克斯巴姆说
为了更好地理解这种行为发生的原因，该团队寻求了几位LLNL专家的帮助
安·范(Anh Pham)和埃德·刘(Ed Lau)使用了计算模拟，而艾普丽尔·萨维尔(April Sawvel)使用了核磁共振波谱来研究碳纳米管内部的离子运动
已经成功排除了几种可能的解释，使情况更加清晰
然而，对观察到的迁移率的完整的定量理解仍在发展中
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