Steric Hindrance-Induced Dehydration Promotes Cation Selectivity in Trans-Subnanochannel Transport

选择性 脱水 位阻效应 化学 离子 离子运输机 无机化学 水溶液中的金属离子 金属 有机化学 催化作用 生物化学
作者
Zhibin Chen,Chengzhi Hu,Chenghai Lu,Jingqiu Sun,Yanyan Zhang,Fuyi Wang,Jiuhui Qu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (13): 12629-12640 被引量:86
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c03028
摘要

Dehydration is a basic phenomenon in ion transport through confined nanochannels, but how it affects ion trans-membrane selectivity has not been understood due to a lack of characterization techniques and suitable pore structures. Herein, hydration number distributions of typical alkali metal ions were characterized by combining uniform subnanochannels of ZIF-8-based membranes with the in situ liquid time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) technique, revealing that steric hindrance induced ion dehydration through neutral confined ZIF-8 windows. The reduction in size due to partial dehydration increased the intrapore velocity for monovalent cations. The highest entropy value with maximum size changes resulting from dehydration drove fast and efficient selective transport of Li+ over other alkaline metal ions, leading to a Li+/Rb+ selectivity of 5.2. The dehydration at the entrance of membrane pores was shown to account for the majority of overall barriers, being a dominant element for ion transport. High hydration energy (>1500 kJ/mol) hindered the dehydration and transport of typical alkaline earth metal ions, achieving ultrahigh monovalent/bivalent cation selectivity (∼104). These findings uncover the crucial role of dehydration energy barriers and size-based entropy barriers in ion selectivity of trans-subnanochannel transport, providing guidelines for designing selective membranes with specific pore sizes to promote the dehydration of desired solutes.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
执着道天发布了新的文献求助10
刚刚
思源应助Yxianzi采纳,获得10
1秒前
4秒前
4秒前
甜甜板凳发布了新的文献求助10
10秒前
mly发布了新的文献求助10
10秒前
美罗培南完成签到,获得积分0
11秒前
SCI老母猪发布了新的文献求助10
13秒前
可爱的函函应助wxs采纳,获得10
13秒前
by完成签到,获得积分10
14秒前
17秒前
科目三应助HOU采纳,获得10
21秒前
今后应助守拙采纳,获得10
21秒前
李肖恩发布了新的文献求助10
23秒前
23秒前
邹友亮发布了新的文献求助10
23秒前
现代书雪发布了新的文献求助10
25秒前
时长两年半完成签到,获得积分10
25秒前
爱学习的叭叭完成签到,获得积分10
25秒前
ling1s发布了新的文献求助10
26秒前
28秒前
29秒前
18969431868完成签到,获得积分10
30秒前
31秒前
32秒前
豆浆来点蒜泥完成签到,获得积分10
34秒前
35秒前
HOU发布了新的文献求助10
35秒前
wxs发布了新的文献求助10
36秒前
好大的雨发布了新的文献求助10
38秒前
39秒前
踏实的丹秋发布了新的文献求助100
47秒前
顾矜应助ling1s采纳,获得10
47秒前
好大的雨完成签到,获得积分10
51秒前
51秒前
51秒前
肖恩完成签到 ,获得积分10
51秒前
红火完成签到 ,获得积分10
52秒前
haak完成签到,获得积分10
53秒前
55秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Various Faces of Animal Metaphor in English and Polish 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Photodetectors: From Ultraviolet to Infrared 500
On the Dragon Seas, a sailor's adventures in the far east 500
Yangtze Reminiscences. Some Notes And Recollections Of Service With The China Navigation Company Ltd., 1925-1939 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6349564
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8164467
关于积分的说明 17178806
捐赠科研通 5405858
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2862319
邀请新用户注册赠送积分活动 1839967
关于科研通互助平台的介绍 1689162