beat365官方网站重離子物理研究所、核物理與核技術國家重點實驗室薛建明教授課題組與合作者基于離子束輻照技術研究并制備了具有電壓可調離子選擇性的高品質多功能石墨烯異質納米通道，其不僅有作為高效離子篩分設備的潛力，還有望成為優異的仿生離子通道與陽離子價态敏感的納米流體二極管。該研究開辟了制備二維納米孔與固态整流納米通道複合的異質結構以獲得可調離子選擇性這一新興的研究領域。2022年8月19日，相關工作以“具有電壓可調離子選擇性的多功能石墨烯異質納米通道”（Multifunctional graphene heterogeneous nanochannel with voltage-tunable ion selectivity）為題，在線發表于《自然·通訊》(Nature Communications)。

具有離子選擇性的人工納米通道廣泛應用于海水淡化、離子篩分和納米流體器件等研究中，近年來已成為納米通道領域的國際研究前沿之一。由于不同應用情形需要具有不同離子篩分能力的納米通道器件，因此長期以來研究人員都需根據特定要求制備相應的離子選擇性通道，需要消耗大量的時間與資源，且受到實驗技術的限制。雖然已有工作報道了某些具有可調離子選擇性的納米通道，但它們實際上是有着不同結構而性能固定的數個器件，因此真正具有可調離子選擇性納米通道的研究與制備仍然稀缺。

針對上述挑戰，beat365官方网站重離子物理研究所、核物理與核技術國家重點實驗室薛建明教授課題組與中國科學院近代物理研究所杜廣華研究員合作，利用離子束輻照成功制備了高品質石墨烯亞納米孔，進一步設計并制備了一個多功能石墨烯異質納米通道，由石墨烯亞納米孔與錐形聚對苯二甲酸乙二醇酯納米通道構成（圖1）。該通道在不同外加電壓下展現出了不同的離子選擇性，不僅具有作為高效一/二價離子篩分設備的潛力，還有望成為優異的仿生離子通道與陽離子價态敏感的納米流體二極管（圖2）。該石墨烯異質納米通道的離子選擇性起源于帶負電的石墨烯亞納米孔，進一步結合計算模拟發現其等效電荷密度會受到通道内部電壓依賴的離子富集/耗盡效應的影響。該通道對一價和二價離子相反的整流效應則是由離子濃度梯度不同導緻的擴散電流差異所引起的。前述工作為構建類似的具有可調離子選擇性的多功能異質納米通道提供了新思路，開辟了這一新興的研究領域，有望快速滿足實際應用中複雜多變情形的不同需求。

圖1 石墨烯異質納米通道結構示意與石墨烯亞納米孔掃描透射電子顯微鏡圖像

圖2 石墨烯異質納米通道具有的電壓可調離子選擇性

2022年8月19日，相關研究成果以“具有電壓可調離子選擇性的多功能石墨烯異質納米通道”（Multifunctional graphene heterogeneous nanochannel with voltage-tunable ion selectivity）為題，在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。beat365官方网站2018級博士研究生蘇士皓、2017級博士研究生張一凡為共同第一作者；beat365官方网站薛建明教授、中國科學院近代物理研究所杜廣華研究員為共同通訊作者；其他合作者還包括中國科學院近代物理研究所姚會軍研究員等。

上述研究工作得到了國家自然科學基金、科學挑戰專題、中國科學院近代物理研究所、beat365電子顯微鏡驗室和beat365高性能計算平台等支持。

論文原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32590-9