Confined Water Dominates Ion/Molecule Transport in Hydrogel Nanochannels

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作者
Peijia Li,Xiaotao Yang,Fengxiang Chen,Dianyu Wang,Dezhao Hao,Zhe Xu,Ming Qiu,Shaofan He,Fan Xia,Ye Tian
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (3): 897-904
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04107
摘要

Current artificial nanochannels rely more on charge interactions for intelligent mass transport. Nevertheless, popular charged nanochannels would lose their advantages in long-term applications. Confined water, an indispensable transport medium in biological nanochannels, dominating the transport process in the uncharged nanochannels perfectly provides a new perspective. Herein, we achieve confined-water-dominated mass transport in hydrogel nanochannels (HNCs) constructed by in situ photopolymerization of acrylic acid (PAA) hydrogel in anodic alumina (AAO) nanochannels. HNCs show selectivity to Na+ transport and a high transport rate of molecules after introducing Na+/Li+, compared with other alkali metal ions like Cs+/K+. The mechanism given by ATR-FTIR shows that the hydrogen-bonding structure of confined water in HNCs is destabilized by Na+/Li+, which facilitates mass transport, but is constrained by Cs+/K+, resulting in transport inhibition. This work elucidates the relationship between confined water and mass transport in uncharged nanochannels while also presenting a strategy for designing functional nanochannel devices.
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