第一作者: K.-G. Zhou
通訊作者：周凱歌、K. S. Vasu、R. R. Nair
通訊單位：曼徹斯特大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
通過可控電壓擊穿在GO膜內(nèi)部形成導(dǎo)電絲，實(shí)現(xiàn)外加電場(chǎng)控制水滲透過氧化石墨烯膜。
水分子透過膜與毛細(xì)血管的可控運(yùn)輸對(duì)生物體極其重要，因此，通過改變外界條件控制水分子滲透過膜成為現(xiàn)今生命科學(xué)的研究熱點(diǎn)，其中電場(chǎng)控制可實(shí)現(xiàn)信號(hào)快速響應(yīng)引起關(guān)注。然而，此類研究一般選用高分子材料。近期，氧化石墨烯膜（GO）在水分子滲透方面引起人們廣泛關(guān)注。
有鑒于此，曼徹斯特大學(xué)的周凱歌、K. S. Vasu、R. R. Nair課題組研究了外加電場(chǎng)對(duì)于水分子滲透過石墨烯膜的影響。
圖1 電控水滲透通過氧化石墨烯膜
研究人員首先構(gòu)造Au/GO/Ag三明治結(jié)構(gòu)，該材料隨后用于密封含水的容器并將其暴露于水蒸氣中。利用通常在大電場(chǎng)、有水出現(xiàn)時(shí)，絕緣體表面會(huì)形成永久的導(dǎo)電路徑的現(xiàn)象，通過可控電場(chǎng)擊穿在氧化石墨烯膜內(nèi)部形成導(dǎo)電絲。
電流-電壓（I-V）測(cè)試結(jié)果表明，電場(chǎng)擊穿后設(shè)備出現(xiàn)永久性導(dǎo)電通道。同時(shí)，水分子滲透過膜具有小的電阻，與電壓值密切相關(guān)。水分子運(yùn)輸主要由通過導(dǎo)電絲的電流控制，而非電壓。原位紅外（IR）與X射線衍射（XRD）測(cè)試、分子動(dòng)力學(xué)模擬測(cè)試表明其機(jī)理可能與電流介導(dǎo)的水分子電離有關(guān)。
圖2 電流控制滲透
圖3 原位傅里葉變換紅外和X射線測(cè)量
圖4 | H3O+和OH-離子對(duì)納米通道內(nèi)水動(dòng)力學(xué)的影響
采用二維材料，氧化石墨烯膜作為水滲透膜，構(gòu)筑Au/GO/Ag三明治結(jié)構(gòu)，通過外加電場(chǎng)控制水滲透，采用I-V，原位IR、XRD、分子理論模擬等方法進(jìn)行表征與機(jī)理探索，使得外加電場(chǎng)控制水滲透過氧化石墨烯膜成為可能。本文方法新穎，設(shè)計(jì)獨(dú)特，同時(shí)提出可能的機(jī)理。方法新穎，為物理、化學(xué)、生命科學(xué)的研究提供新的思路。
本文整理自 二維加
參考文獻(xiàn)：
Zhou, K.-G., Vasu, K. S., Cherian, C. T., Neek-Amal, M., Zhang, J. C., Ghorbanfekr-Kalashami, H., … Nair, R. R.. Electrically controlled water permeation through graphene oxide membranes. Nature, 2018.
DOI: 10.1038/s41586-018-0292-y
