高等学校化学学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (5): 1019.doi: 10.7503/cjcu20180701
收稿日期:
2018-10-16
出版日期:
2019-04-18
发布日期:
2019-04-18
作者简介:
联系人简介: 范 霞, 女, 博士, 副教授, 主要从事仿生纳米通道研究. E-mail:
基金资助:
ZHANG Dan, HOU Shengnan, LIU You, FAN Xia*()
Received:
2018-10-16
Online:
2019-04-18
Published:
2019-04-18
Contact:
FAN Xia
E-mail:fanxia@buaa.edu.cn
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摘要:
人工构筑了基于分枝氧化铝纳米通道的串/并联复合的纳流体二极管体系, 其具有可调的离子整流性能. 在这种两级分枝结构的1-2-2, 1-2-3, 1-3-2和1-3-3型氧化铝纳米通道中, 若将每一个分枝节点等效为一个二极管, 那么其一级分枝节点相当于串联的1个二极管, 二级分枝节点相当于并联的多个二极管. 因此1-2-2和1-2-3型纳米通道的电路图可等效为并联的2个二极管与第3个二极管相串联, 1-3-2和1-3-3型纳米通道的电路图可等效为并联的3个二极管与第4个二极管相串联. 但由于1-2-2和1-2-3型以及1-3-2和1-3-3型的二级分枝的结构和数目不同, 可将这4种纳米通道等效为不同的串/并联复合特性的纳流体二极管体系, 并且表现出依次增大的离子整流. 即分枝氧化铝纳米通道内部一级分枝和二级分枝的结构或数目共同调控的表面电荷非对称性可以改变其离子整流性能. 进一步地, 具有代表性的1-2-2型分枝纳米通道的整流率随分枝通道长度的增加而增加, 这表明分枝部分对整个串/并联复合纳流体二极管的整流特性起到决定性的作用. 相比于以前的单个离子二极管体系, 这种具有串/并联复合特性的多级分枝氧化铝纳米通道将为构筑更复杂的仿生纳流体二极管的研究提供有价值的借鉴.
中图分类号:
TrendMD:
张丹, 侯胜男, 刘友, 范霞. 具有串/并联复合离子输运特性的仿生纳米通道的构筑与整流性能. 高等学校化学学报, 2019, 40(5): 1019.
ZHANG Dan,HOU Shengnan,LIU You,FAN Xia. Fabrication and Rectification Studies of Serial/Parallel Composite Nanofluidic Diode Based on Hierarchically Branched Alumina Nanochannels†. Chem. J. Chinese Universities, 2019, 40(5): 1019.
Fig.1 Schematic illustration for detection of ionic transport properties of two-generation branched alumina nanochannels with serial/parallel composite circuit characteristicsThe right figure in the dotted box is a schematic diagram of a representative single channel structure in the porous branched alumina nanochannels with 1-2-2 geometric structures.
Fig.2 Schematic diagram(left) and equivalent circuit component(right) of four kinds of representative single nanochannel belonging to the porous two-generation branched Al2O3 nanochannels with 1-2-2(A), 1-2-3(B), 1-3-2(C) and 1-3-3(D) geometric structures
Fig.3 SEM images of the cross-section(A1—D1), the first-generation(A2—D2) and second-generation(A3—D3) branched section and final opening ends(A4—D4) of four kinds of alumina nanochannels(A1—A4) 1-2-2; (B1—B4) 1-2-3; (C1—C4) 1-3-2; (D1—D4) 1-3-3.
Fig.6 I-V properties(A) and ionic rectification ratios at ± 0.2 V(B) of two-generation branched alumina nanochannels with 1-2-2, 1-2-3, 1-3-2 and 1-3-3 geometric structures in 0.1 mmol/L KCl solution at pH=9.5
Fig.7 Schematic diagrams of representative single nanochannel in 1-2-2 branched alumina nanochannels with the total thickness of 30 μm(A) and 60 μm(B) of which stem length/branch length(Ds/Db) is about 2∶1(C), 1∶1(D) and 1∶2(E), respectively
Fig.8 Cross-sectional SEM images of 1-2-2 branched alumina nanochannels with the total thickness of 30 μm(A1—C1) and 60 μm(A2—C2)Stem length/branch length(Ds/Db): (A1, A2) 2∶1; (B1, B2) 1∶1; (C1, C2) 1∶2.
Fig.9 I-V properties of 1-2-2 branched alumina nanochannels with the total thickness of 30 μm(A) and 60 μm(B), and the corresponding ionic rectification ratios(C)
[1] | Eric G., Roderick M. K., Science,2005, 310(5753), 1461—1465 |
[2] | Huang S. S., Yin Y. F., Wang K. M., He X. X., Zhong T. S., Chem. J. Chinese Universities,2004, 25(12), 2238—2241 |
(黄杉生, 殷月芬, 王柯敏, 何晓晓, 钟桐生. 高等学校化学学报,2004, 25(12), 2238—2241) | |
[3] | Doyle D. A., Cabral J. M., Pfuetzner R. A., Kuo A., Gulbis J. M., Cohen S. L., Chait B. T., MacKinnon R., Science,1998, 280(5360), 69—77 |
[4] | Xu J., Lavan D. A., Nat. Nanotechnol.,2008, 3(11), 666—670 |
[5] | Gadsby D. C., Nature, 2004, 427(6977), 795—797 |
[6] | Xia F., Guo W., Mao Y., Hou X., Xue J., Xia H., Wang L., Song Y., Ji H., Ouyang Q., Wang Y., Jiang L., J. Am. Chem. Soc.,2008, 130(26), 8345—8350 |
[7] | Martin C. R., Siwy Z. S., Science,2007, 317(5836), 331—332 |
[8] | Hou X., Guo W., Jiang L., Chem. Soc. Rev.,2011, 40(5), 2385—2401 |
[9] | Han C., Hou X., Zhang H., Guo W., Li H., Jiang L., J. Am. Chem. Soc.,2011, 133(20), 7644—7647 |
[10] | Kudr J., Skalickova S., Nejdl L., Moulick A., Ruttkay-Nedecky B., Adam V., Kizek R., Electrophoresis,2015, 36(19), 2367—2379 |
[11] | Perez-Mitta G., Tuninetti J. S., Knoll W., Trautmann C., Toimil-Molares M. E., Azzaroni O., J. Am. Chem. Soc.,2015, 137(18), 6011—6017 |
[12] | Zhang H., Tian Y., Jiang L., Nano Today,2016, 11(1), 61—81 |
[13] | Guo W., Jiang L., Sci. Sin. Chim.,2011, 41(8), 1257—1270 |
(郭维, 江雷. 中国科学: 化学,2011, 41(8), 1257—1270) | |
[14] | Siwy Z. S., Adv. Funct. Mater., 2010, 16(6), 735—746 |
[15] | Zhang Z., Wen L. P., Jiang L., Chem. Soc. Rev.,2018, 47(2), 322—356 |
[16] | Yan R. X., Liang W. J., Fan R., Yang P. D., Nano Lett.,2009, 9(11), 3820—3825 |
[17] | Li J. C., Li J. G., ACS Nano,2009, 3(3), 575—584 |
[18] | Wu S. M., Fabien W., Oscar V. M., Arnaud B., Juergen B., Philippe R., Nanoscale,2012, 4(18), 5718—5723 |
[19] | Li C. Y., Ma F. X., Wu Z. Q., Gao H. L., Shao W. T., Wang K., Xia X. H., Adv. Funct. Mater.,2013, 23(31), 3836—3844 |
[20] | Zhang Q. Q., Hu Z. Y., Liu Z. Y., Zhai J., Jiang L., Adv. Funct. Mater.,2014, 24(4), 424—431 |
[21] | Kong Y., Fan X., Zhang M. H., Hou X., Liu Z. Y., Zhai J., Jiang L., ACS Appl. Mater. Interfaces,2013, 5(16), 7931—7936 |
[22] | Hou X., Dong H., Zhu D. B., Jiang L., Small,2010, 6(3), 361—365 |
[23] | Lin C. Y., Yeh L. H., Siwy Z. S., J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9(2), 393—398 |
[24] | Xiao K., Wu K., Chen L., Kong X. Y., Zhang Y. Q., Wen L. P., Jiang L., Angew. Chem. Int. Ed.,2018, 57(1), 151—155 |
[25] | Apel P. Y., Blonskaya I. V., Dmitriev S. N., Orelovitch O. L., Sartowsk B., Journal of Membrane Science,2006, 282(1), 393—400 |
[26] | Li J. l., Stein D., McMullan C., Branton D., Aziz M. J., Golovchenko J. A., Nature,2001, 412, 166—169 |
[27] | Zeng L., Yang Z., Zhang H. C., Hou X., Tian Y., Yang F., Zhou J. J., Li L., Jiang L., Small,2014, 10(4), 793—801 |
[28] | Gao J., Guo W., Feng D., Wang H. T., Zhao D. Y., Jiang L., J. Am. Chem. Soc.,2014, 136(35), 12265—12272 |
[29] | Guo T. Q., Han K. Y., Heng L. P., Cao M. Y., Jiang L., RSC Adv.,2015, 5(107), 88471—88476 |
[30] | Wen L. P., Xiao K., Sainath A. V., Komura M., Kong X. Y., Xie G. H., Zhang Z., Tian Y., Iyoda T., Jiang. L., Adv. Mater.,2016, 28(4), 757—763 |
[31] | Zhang Z., Kong X. Y., Xiao K., Xie G. H., Liu Q., Tian Y., Zhang H. C., Ma J., Wen L. P., Jiang L., Adv. Mater.,2016, 28(1), 144—150 |
[32] | Fan X., Li X., Tian D. L., Zhai J., Jiang L., Chem. J. Chinese Universities,2018, 32(12), 2861—2864 |
(范霞, 李娴, 田东亮, 翟锦, 江雷. 高等学校化学学报,2018, 32(12), 2861—2864) | |
[33] | Lan W. J., Holden D. A., White H. S., J. Am. Chem. Soc.,2011, 133(34), 13300—13303 |
[34] | Wu X. J., Rajasekaran P. R., Martin C. R., ACS Nano,2016, 10(4), 4637—4643 |
[35] | Li P., Xie G. H., Kong X. Y., Zhang Z., Xiao K., Wen L. P., Jiang L., Angew. Chem. Int. Ed.,2016, 55(50), 15637—15641 |
[36] | Apel P. Y., Blonskaya I., Orelovitch O., Dmitriev S., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B,2009, 267(6), 1023—1027 |
[37] | Ali M., Ramirez P., Nguyen H. Q., Nasir S., Cervera J., Mafe S., Ensinger W., ACS Nano,2012, 6(4), 3631—3640 |
[38] | Xiao K., Li P., Xie G. H., Zhang Z., Wen L. P., Jiang L., RSC Adv., 2016, 6(60), 55064—55070 |
[39] | Xiao K., Xie G. H., Zhang Z., Kong X. Y., Liu Q., Li P., Wen L. P., Jiang L., Adv. Mater.,2016, 28(17), 3345—3350 |
[40] | Ali M., Yameen B., Cervera J., Ramirez P., Neumann R., Ensinger W., Knoll W., Azzaroni O., J. Am. Chem. Soc.,2010, 132(24), 8338—8348 |
[41] | Ali M., Nasir S., Ensinger W., Chem. Commun.,2015, 51(16), 3454—3457 |
[42] | Xiao K., Chen L., Zhang Z., Xie G. H., Li P., Kong X. Y., Wen L. P., Jiang L., Angew. Chem. Int. Ed.,2017, 129(28), 8180—8284 |
[43] | Abdul M. M. J., Dusan L., Nicolas H. V., Prog. Mater. Sci., 2013, 58(5), 636—704 |
[44] | Meng G. W., Jung Y. J., Cao A. Y., Vajtai R., Ajayan P. M., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,2005, 102(20), 7074—7078 |
[45] | Lee W., Park S., J. Chem. Rev.,2014, 114(15), 7487—7556 |
[46] | Kumar N. M., Gilula N. B., Cell,1996, 84(3), 381—388 |
[47] | Meng Z. Y., Chen Y., Li X. L., Xu Y. L., Zhai J., ACS Appl. Mater. Interfaces,2015, 7(14), 7709—7716 |
[48] | Marek K. J., Colloid Interface Sci., 2002, 275(1), 730—741 |
[1] | 许晓坚, 李博, 林猛枭, 詹硕. 多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220361. |
[2] | 郑美琪, 毛方琪, 孔祥贵, 段雪. 类水滑石材料在核废水处理领域的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220456. |
[3] | 胡栋栋 来华 刘宇艳 宋颖斌 罗欣 张东杰 樊志敏 谢志民 成中军. 形状记忆磁性润滑表面的制备及其对超顺磁液滴的滑动操控[J]. 高等学校化学学报, 0, (): 20220442. |
[4] | 贺玉婷 牛慧斌 张兆年 张静 付桂荣 陈春城 黄应平 方艳芬. 制备高活性纳米零价铁的甘露醇改性机理研究[J]. 高等学校化学学报, 0, (): 20220470. |
[5] | 翟小威 潘湄蝶 石盼 赵鹏 陈东. 一步法高通量可控制备生物相容水/水微囊及其响应释放[J]. 高等学校化学学报, 0, (): 20220460. |
[6] | 郝宏蕾, 孟繁雨, 李若钰, 李迎秋, 贾明君, 张文祥, 袁晓玲. 生物质基氮掺杂多孔炭材料的制备及对水中亚甲基蓝的吸附性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220055. |
[7] | 田震, 杜娜, 李海平, 宋淑娥, 侯万国. Mg-Al-Ti层状双氢氧化物的零电荷点和界面酸-碱反应平衡常数[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(4): 20210833. |
[8] | 胡波, 朱昊辰. 双层氧化石墨烯纳米体系中受限水的介电常数[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210614. |
[9] | 靳科研, 白璞, 李小龙, 张佳楠, 闫文付. 新型Mg-Al吸附剂去除压水堆核电厂废水中高浓度硼[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210516. |
[10] | 张弛, 孙福兴, 朱广山. 双金属同构金属-有机框架材料CAU-21-Al/M的合成、 氮气吸附及复合膜性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210578. |
[11] | 潘菁, 徐敏敏, 袁亚仙, 姚建林. 基于表面增强拉曼光谱快速检测纺织品禁用染料[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3716. |
[12] | 李敏, 赵纯, 冯钦忠, 冯建, 孟晓静. 硫脲基纳米螯合纤维对水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附和密度泛函理论计算[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3680. |
[13] | 郑子睿, 李子璐, 赵克非, 吴天岳, 张晨辉, 高玉霞, 杜凤沛. 生物基表面活性剂七叶皂素的界面行为[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3107. |
[14] | 宋文尧, 周张浪, 杨鑫莉, 陈岚, 葛广路. 介孔二氧化硅对映选择性吸附的手性印迹调控[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3144. |
[15] | 李奕川, 朱国富, 王宇, 柴永明, 刘晨光, 何盛宝. 基底表面性质与前驱液化学环境对原位定向构筑钛硅分子筛膜的影响[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2934. |
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