Металлические углеродные нанотрубки ускоряют транспорт молекул
Учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) установили, что чисто металлические углеродные нанотрубки лучше всего подходят для транспорта молекул.
Разделение молекул играет всё возрастающую роль в современных технологиях — от опреснения воды до добычи критически важных материалов и производства высококачественных химикатов и фармацевтических препаратов.
Чтобы улучшить транспорт воды и протонов, учёные LLNL обнаружили, что внутренние поры размером менее одного нанометра в металлических углеродных нанотрубках лучше транспортируют материалы, чем обычные полупроводниковые углеродные нанотрубки.
«Эти результаты подчёркивают сложную роль электронных свойств нанофлюидных каналов в модуляции транспорта в условиях экстремального наномасштабного ограничения», — сказал Алекс Ной, ведущий автор статьи, опубликованной на обложке журнала Nature Materials.
По мере того как эти технологии становятся более сложными и совершенными, их эффективность приближается к пределам материальных платформ, которые их обеспечивают. Например, производительность полимерных мембран — играющих большую роль в традиционных методах разделения — ограничена, что указывает на необходимость перехода к материалам с контролируемым однородным размером и структурой пор для дальнейшего повышения точности разделения.
В новом исследовании команда проанализировала металлические и сверхпроводящие нанотрубки, чтобы определить, какой материал лучше транспортирует молекулы, и обнаружила, что лучше всего работают чисто металлические углеродные нанотрубки.
«Синтетические каналы и нанофлюидные каналы представляют собой убедительную альтернативу обычным полимерным нанопорам», — сказал Юхао Ли, соавтор статьи.
«Во многих случаях они создают сильное пространственное ограничение, напоминающее биологические мембранные каналы, и могут использовать некоторые из их изощрённых механизмов селективности», — добавил другой соавтор, Чжунву Ли.
Поры углеродных нанотрубок имеют гладкие гидрофобные стенки, которые обеспечивают чрезвычайно быстрый транспорт воды и газа и сильную ионную селективность. Эти и другие исследования поднимают вопрос о тесной связи между электронными свойствами стенок канала и его транспортной эффективностью.
В работе также участвовали исследователи из Массачусетского технологического института, Техасского университета в Остине и Национального института стандартов и технологий.