Genau Vorhersage des Lösungsmittelstroms in sub–1-nm Schlitzkanal-Nanosheet-Membranen

Nanosheet-basierte Membranen haben enormes Potenzial für energieeffizienten molekularen Transport und Trennanwendungen gezeigt, jedoch bleibt das Design dieser Membranen für spezifische Trennungen aufgrund des mangelnden Verständnisses der Fluidtransportechnik in komplexen Nanoschächten eine große Herausforderung. Wir haben reduzierte MXene/Graphen-Hetero-Kanal-Membranen mit sub-1-nm Poren für experimentelle Messungen und theoretische Modellierung ihrer Strukturen und Fluidtransportgeschwindigkeiten synthetisiert. Unsere Experimente zeigten, dass bei vollständiger Zurückweisung von Salz und organischen Farbstoffen diese Membranen mit subnanometer Kanälen bemerkenswert hohe Lösungsmittelströme aufweisen und ihr Lösungsmitteltransportverhalten sich sehr von dem ihrer homo-strukturierten Gegenstücke unterscheidet. Wir schlugen ein Subkontinuum-Flussmodell vor, das eine genaue Vorhersage des Lösungsmittelstroms in sub-1-nm Schlitzkanal-Membranen ermöglicht, indem eine direkte Beziehung zwischen der Wechselwirkung von Lösungsmittelmolekül und Kanalwand und dem Fluss aus den eingeschränkten physikalischen Eigenschaften einer Flüssigkeit und den strukturellen Parametern der Membranen hergestellt wird. Diese Arbeit bietet eine Grundlage für das rationale Design von nanosheet-basierten Membranen für fortschrittliche Trennungen und aufkommende Nanofluidik.