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:94
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
Wz应助gong采纳,获得10
1秒前
1秒前
1秒前
miemie发布了新的文献求助10
2秒前
田様应助zz采纳,获得10
2秒前
WUYISONG完成签到,获得积分10
3秒前
张欣欣发布了新的文献求助30
3秒前
轻轻应助zzl采纳,获得10
4秒前
科研通AI6.2应助冷傲半烟采纳,获得10
4秒前
yiyi发布了新的文献求助10
4秒前
孙雪松发布了新的文献求助10
4秒前
何曼慈发布了新的文献求助10
4秒前
baiye完成签到,获得积分20
4秒前
Taylor完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
成就映秋发布了新的文献求助10
5秒前
猪猪hero发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
南山完成签到 ,获得积分10
6秒前
懒大王完成签到,获得积分10
6秒前
王王完成签到,获得积分10
7秒前
蔺瑾瑜完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
荷荷完成签到,获得积分10
9秒前
miemie完成签到,获得积分10
9秒前
xx发布了新的文献求助10
9秒前
蔺瑾瑜发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
lsw发布了新的文献求助10
10秒前
英俊的笑阳完成签到,获得积分10
11秒前
找呀找完成签到,获得积分10
11秒前
12秒前
12秒前
12秒前
上官若男应助反暗采纳,获得10
12秒前
13秒前
14秒前
11完成签到,获得积分10
14秒前
北冥鱼发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
高分求助中
Cronologia da história de Macau 5000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
C语言程序设计(微课版) 500
Interactions of Vowel Quality and Prosody in East Slavic 500
Vander's Renal Physiology第10版 500
Forensic Science An Introduction to Scientific and Investigative Techniques 6th Edition 400
Reaction of 3-Methylenedihydro-(3H)furan-2-one with Diazoalkanes. Syntheses and Crystal Structures of Spiranic Cyclopropyl Compounds 400
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 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7094712
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8751398
关于积分的说明 18509810
捐赠科研通 6647589
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3137361
关于科研通互助平台的介绍 2245338
邀请新用户注册赠送积分活动 2112096