Институт физико-химических исследований Китайской академии наук использует разницу температур замерзания для создания композитной мембраны, точно разделяющей ионы рубидия и калия

Репортаж от Wedoany，Команда Ван Цзяньцзюня и Сюэ Хань из Института физико-химических исследований Китайской академии наук совместно с командами профессора Цзэн Сяочэна из Городского университета Гонконга, академика Фан Вэйхая и профессора Чжу Чжунциня из Пекинского педагогического университета, а также другими учреждениями, используя явление значительного снижения температуры замерзания воды в наноограниченных пространствах, недавно предложили новый метод «разделения временных масштабов» и успешно создали композитную мембрану из оксида графена и полимера, обеспечив точный контроль межканального расстояния и долгосрочную стабильность структуры мембраны. Этот метод разделяет процессы «сборки для контроля расстояния» и «фиксации расстояния» мономерных молекул, используя разницу температур замерзания межслойной и объемной воды: сначала при низкой температуре осуществляется упорядоченная сборка, а затем с помощью полимеризации фиксируется структура каналов.

В традиционных методах процессы сборки мономерных молекул и полимеризационной фиксации взаимосвязаны, что затрудняет точный контроль внутренней структуры. Исследовательская группа заявила, что эта стратегия позволяет одновременно достичь точного регулирования мембранных каналов и структурной стабильности, решая такие проблемы традиционных методов, как взаимное ограничение проницаемости и селективности, а также склонность мембранных материалов к набуханию и деформации. «Обычно, чтобы увеличить проницаемость мембраны, каналы должны быть шире; но как только каналы становятся шире, селективность снижается, и мембрана в воде легко набухает и деформируется», — пояснил автор-корреспондент статьи, исследователь Института физико-химических исследований Китайской академии наук Ван Цзяньцзюнь.

Этот метод обладает хорошей универсальностью и применим к различным молекулярным системам. Опираясь на многочисленные эксперименты и многомасштабные теоретические расчеты, исследовательская группа раскрыла микроскопический механизм молекулярной сборки и полимеризационной фиксации в условиях наноограничения. Композитная мембрана, изготовленная на основе этой стратегии, не только демонстрирует превосходную стабильность, но и обеспечивает эффективное разделение ионов рубидия и калия, разница в гидратированных диаметрах которых составляет менее 0,1 ангстрема, преодолевая прежние ограничения, когда было трудно одновременно достичь «проницаемости, селективности и стабильности».