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Mechanical Reprogramming of Ion Selectivity at Nanoconfined Piezoelectric Interfaces

材料科学 选择性 离子 压电 铀酰 氧化物 吸附 石墨烯 纳米孔 化学工程 极化(电化学) 纳米技术 微尺度化学 纳米片 层状结构 剥脱关节 多孔性 钒 化学物理 结晶 钒酸盐 硅
作者
Yu Gong,Hongyan Wan,Zenghui Liu,Y Cao,Wenbin Liang,Ximeng Chen,Zhan Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77168
摘要

ABSTRACT Adsorption‐based ion separation is commonly controlled by pore architectures and binding‐site chemistry. However, for chemically similar oxo‐metal species such as uranium (U) and vanadium (V), static pores and predesigned coordination sites have limited ability to amplify subtle differences in interfacial reactivity. Here, we report a nanoconfined BaTiO 3 ‐ graphene oxide (GO) piezoelectric interface for mechanically programmed U/V selectivity. Electric‐field‐guided crystallization enables the room‐temperature growth of ultrathin BaTiO 3 nanosheets within GO galleries, converting passive lamellar channels into chemically coupled nanoconfined BaTiO 3 ‐GO interfaces. These interfaces integrate ion‐accessible coordination sites, interfacial charge‐transport pathways, and mechanically activatable polarization within nanoconfined environments. Under quasi‐static conditions, adsorption is affinity‐governed and favors uranyl capture. Upon ultrasonic activation, the BaTiO 3 ‐GO interfaces generate dynamic polarization charges and promote interfacial charge redistribution, thereby inducing localized hydroxyl radical‐related interfacial chemistry and reshaping the local redox/coordination microenvironment. This coupled process promotes oxygen‐mediated V‐O coordination/immobilization while weakening competitive uranyl adsorption. Consequently, selectivity reverses from U favored to V‐preferential. In spiked simulated seawater, the interfaces achieve a V uptake of 71.43 mg·g −1 , a V/U separation factor of 102.08, and recyclable adsorption performance. This work demonstrates a nanoconfined piezoelectric‐interface design strategy for mechanically programmed ion selectivity beyond static pore‐size and binding‐affinity control.
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