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進(jìn)展1：傳統(tǒng)的納米孔測(cè)量方法主要是離子電流測(cè)量，但此方法無(wú)法在納米尺度上直接實(shí)現(xiàn)離子傳輸路徑可視化。與成熟的鈣離子成像技術(shù)相比，納米孔質(zhì)子傳輸仍然缺乏有效成像手段。發(fā)展新的時(shí)空分辨技術(shù)解析質(zhì)子傳輸過(guò)程是非常必要的。近日，浙江大學(xué)化學(xué)系馮建東課題組開(kāi)發(fā)了一種新型質(zhì)子傳輸成像方法，提供了一項(xiàng)在光學(xué)空間分辨和毫秒時(shí)間分辨下可以同時(shí)捕獲質(zhì)子傳輸?shù)穆窂胶蛣?dòng)力學(xué)過(guò)程的研究工具。

作者首先建立了一種基于熒光識(shí)別質(zhì)子的手段進(jìn)行空間成像的方法并在成熟的納米孔離子傳輸體系中系統(tǒng)性地論證了該方法可用于質(zhì)子傳輸成像。此外，作者還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：在施加負(fù)向電壓時(shí)，熒光信號(hào)并沒(méi)有消失，而是隨著負(fù)向電壓的增大而沿著橫向傳輸。為了進(jìn)一步探究上述現(xiàn)象，作者制備出質(zhì)子親水性傳輸界面，實(shí)現(xiàn)了在不同路徑圖案上對(duì)質(zhì)子傳輸過(guò)程的動(dòng)態(tài)光學(xué)成像。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)施加負(fù)向電壓時(shí)，電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)trans端的質(zhì)子向納米孔處遷移，隨著負(fù)向電壓越大過(guò)剩質(zhì)子無(wú)法立即離開(kāi)納米孔而在孔周圍聚集并沿著親水性圖案結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向傳輸，圖案被點(diǎn)亮。作者進(jìn)一步利用動(dòng)態(tài)成像分析得到了質(zhì)子傳輸?shù)膭?dòng)力學(xué)參數(shù)。這項(xiàng)研究工作發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. （Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202112150）。論文第一作者：浙江大學(xué)化學(xué)系博士后楊金梅和盧禹先。通訊作者：馮建東研究員。

進(jìn)展2：納米孔電學(xué)測(cè)量傳統(tǒng)上關(guān)注離子和生物大分子傳輸，而實(shí)現(xiàn)微觀層次離子傳輸和流體（水）傳輸在限域納米孔中的耦合一方面可以指導(dǎo)機(jī)械響應(yīng)離子傳輸?shù)奈锢頇C(jī)制，另一方面可以提供納米孔輸運(yùn)控制的新途徑。近年來(lái)，流體傳輸和離子運(yùn)輸研究已開(kāi)始向納米尺度甚至埃米尺度限域的方向發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了多種功能納米流體學(xué)應(yīng)用。最近已有課題組報(bào)道在微米長(zhǎng)的二維狹縫和碳納米管中觀察到了耦合流體離子傳輸（Nature, 2019, 567, 87-90; Nat. Mater., 2020, 19, 1057-1061）。然而在單原子層厚度的納米孔上耦合流體和離子輸運(yùn)仍然是一個(gè)未解決的問(wèn)題。而這類單層納米孔由于其超薄的輸運(yùn)屏障，顯著的高水通量和表面效應(yīng)而備受關(guān)注，為探索納米流體效應(yīng)提供了一個(gè)獨(dú)特而可控的平臺(tái)。自2018年起，浙江大學(xué)化學(xué)系馮建東課題組開(kāi)展單層納米孔中耦合流體離子傳輸研究。在這項(xiàng)工作中，作者在單個(gè)石墨烯納米孔中第一次實(shí)驗(yàn)觀察到非線性電流體動(dòng)力學(xué)離子傳輸（nonlinear electrohydrodynamic ion transport）現(xiàn)象——氣壓施加下納米孔離子電導(dǎo)增加隨電壓相關(guān)，該現(xiàn)象超出了經(jīng)典的流動(dòng)電流和電壓驅(qū)動(dòng)離子輸運(yùn)的線性耦合預(yù)測(cè)。進(jìn)一步考察了多種實(shí)驗(yàn)條件和納米孔參數(shù)的影響。作者采用分子動(dòng)力學(xué)模擬、多物理場(chǎng)模擬、分析模型闡明了其物理機(jī)制，揭示了表面滑移和膜極化作用下的非線性電流體動(dòng)力學(xué)離子傳輸圖像。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解納米流體和離子傳輸，并提供一種納米孔傳輸控制方法。

這項(xiàng)工作由浙江大學(xué)馮建東課題組同伊利諾伊大學(xué)香檳分校/德州大學(xué)奧斯汀分校Aluru課題組、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所任文才課題組合作完成。研究結(jié)果發(fā)表在Science Advances (Sci. Adv. 2022, 8, eabj2510)。論文第一作者：浙江大學(xué)化學(xué)系碩士生姜曉煒（實(shí)驗(yàn)）、博士生趙春曉（制備）、UIUC Yechan Noh（模擬）。通訊作者：馮建東研究員。

以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、浙江省基金委、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江大學(xué)百人計(jì)劃（J.F）和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（N.R.A）的經(jīng)費(fèi)資助。