Scaling Behavior and Conductance Mechanisms of Ion Transport in Atomically Thin Graphene Nano/Subnanopores

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作者
Xiaoyu Huang,Yangjun Cui,Cuifeng Ying,Jianguo Tian,Zhibo Liu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (4): 1722-1728 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c06218
摘要

Ion transport through atomically thin nano/subnanopores, such as those in monolayer graphene, presents challenges to traditional ion conduction models, primarily due to extreme confinement effects and hydration interactions. Under these conditions, existing models fail to account for conductance behaviors at the nano- and subnanometer scales. In this study, we perform a combined experimental and theoretical investigation of ion transport in monolayer graphene nano/subnanopores across varying salt concentrations. We introduce a conductance model that accurately predicts the observed scaling behavior by addressing the interaction between counterions and the edges of atomically thin pores, where counterion movement is constrained by the pore's structure. This model also quantifies the hydration energy barrier, highlighting the impact of the hydration shell structures on ion transport efficiency. Our findings reveal that hydrated potassium ions traverse these pores with higher efficiency than previously estimated, offering new insights into ion transport mechanisms under atomic-scale confinement.

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