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15
2026
-
07
Nature子刊：离子水合作用调控纳米通道内限域水输运行为
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纳米限域环境下的水输运往往会呈现远超经典流体力学理论预测的反常高流速。现有研究分析该特殊现象时，大多默认体系为纯水体系；但在实际工况中，限域空间内的水必然溶有各类离子。离子 - 水分子间的相互作用如何重塑氢键网络、调控纳米尺度水的输运行为，目前相关机理尚不明确。本文采用蛭石基二维纳米通道体系开展离子调控水输运研究，该体系可精准调控层间间距，并实现层间阳离子的可交换替换。实验发现：即便膜材料层间间距更大，若嵌入强水合型阳离子，水通量反而会显著降低；而弱水合阳离子可实现水分子超快渗透。红外光谱表征证实，阳离子会差异化重构水分子氢键网络：弱水合阳离子会打断氢键网络的连续结构，使羟基（O-H）伸缩振动谱带向高频偏移。
分子动力学模拟结果进一步表明，氢键网络被破坏后，动态交换型结合水的占比与迁移能力显著提升，而这类水分子正是二维限域体系中水扩散行为的主要载体。该研究证实离子效应是限域水输运机制中不可或缺的关键环节，同时为解析天然体系与人工纳米通道中反常水流现象，搭建了分子层面的理论框架。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/X-5uudX-2Fscf24Ke4J0gA
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