Nanoconfinement enabled non-covalently decorated MXene membranes for ion-sieving

共价键 溶剂 氢键 离子 材料科学 选择性 化学工程 纳米技术 化学 分子 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Yuan Kang,Ting Hu,Yuqi Wang,Kaiqiang He,Zhuyuan Wang,Yvonne Hora,Wang Zhao,Rongming Xu,Yu Chen,Zongli Xie,Huanting Wang,Qinfen Gu,Xiwang Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39533-y
摘要

Covalent modification is commonly used to tune the channel size and functionality of 2D membranes. However, common synthesis strategies used to produce such modifications are known to disrupt the structure of the membranes. Herein, we report less intrusive yet equally effective non-covalent modifications on Ti3C2Tx MXene membranes by a solvent treatment, where the channels are robustly decorated by protic solvents via hydrogen bond network. The densely functionalized (-O, -F, -OH) Ti3C2Tx channel allows multiple hydrogen bond establishment and its sub-1-nm size induces a nanoconfinement effect to greatly strengthen these interactions by maintaining solvent-MXene distance and solvent orientation. In sub-1-nm ion sieving and separation, as-decorated membranes exhibit stable ion rejection, and proton-cation (H+/Mn+) selectivity that is up to 50 times and 30 times, respectively, higher than that of pristine membranes. It demonstrates the feasibility of non-covalent methods as a broad modification alternative for nanochannels integrated in energy-, resource- and environment-related applications.
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