共价修饰通常用于调节二维膜的通道大小和功能。然而,已知用于产生这种修饰的常见合成策略会破坏膜的结构。在这里,我们报告了通过溶剂处理对Ti
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x MXene膜进行侵入性较小但同样有效的非共价修饰,其中通道被质子溶剂通过氢键网络修饰。密集功能化的(-O, -F,-OH) Ti
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x通道可以建立多个氢键,其小于1纳米的尺寸通过保持溶剂-MXene距离和溶剂取向来诱导纳米约束效应,从而大大加强了这些相互作用。在亚1-nm离子筛选和分离中,修饰后的膜表现出稳定的离子排斥和质子化(H+/Mn+)选择性,分别比原始膜高50倍和30倍。它证明了非共价方法作为一种广泛的修饰替代方法在能源、资源和环境相关应用中的纳米通道的可行性。
图1. Ti
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x MXene膜的物理化学表征。
图2. 未处理M和EtOH-M的离子筛分性能。
图3. 溶剂型非共价通道装饰效能及离子筛分性能。
图4. 通道稳定性和离子筛分能力的DFT和MD模拟。
相关科研成果由澳大利亚莫纳什大学化学与生物工程系Xiwang Zhang和Qinfen Gu等人于2023年发表在Nature Communications(https://doi.org/10.1038/s41467-023-39533-y)上。原文:Nanoconfinement enabled non-covalently decorated MXene membranes for ion-sieving
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39533-y。
转自《石墨烯研究》公众号