西南交通大學：發現埃級別狹縫中離子的傳輸機理

　　 10月27日，《科學》雜志發表了西南交通大學博士生楊倩參與的論文《離子在埃級別狹縫中傳輸的尺寸效應》。該研究由西南交通大學教授榮譽教授、曼徹斯特大學教授、諾貝爾獎物理學獎得主安德烈·海姆主持，并做論文通信作者。這是西南交大學生首次在《科學》上合作發表學術論文。論文研究發現，一種精確構筑的埃級別石墨烯二維通道，可以讓多種鹽離子采取擠壓或平滑水合層方式穿過其中，實現對離子的差異化輸運。

　　相當于頭發絲直徑100萬分之一的埃級別傳輸通道存在于大自然各類結構和生命體組織中，對于特定離子的選擇性傳輸乃至維持生物的代謝功能發揮著重要作用。此前，科學家無法清晰理解和準確描述離子在微小通道中的傳輸機理。

　　來自英國、中國的科研團隊通過調控分子間范德華作用力，組裝得到具有原子級別光滑表面的石墨烯通道，僅兩層石墨烯厚度。不同于準一維納米管和生物通道，這種二維納米通道化學穩定性良好，其高度潔凈表面使得通道表面電荷密度較此前文獻報道值低三至四個數量級。研究還發現，對于水合直徑分布在6.6至12.5之間的常見金屬離子，雖然水合離子直徑依然大于通道尺寸，但該通道卻允許這些離子以不同的速率通過。

　　研究顯示，水合離子在此類二維原子級受限空間傳輸時，表現出柔軟球體的特性，可以通過擠壓或平滑水合層的方式穿過該通道。他們對不同陽離子氯化鹽的漂移—擴散研究，發現尺寸相當的陰陽離子卻在通道中表現出不對稱的遷移速率。

　　楊倩主要承擔埃級別尺寸通道的設計調控和器件組裝等工作，并參與離子傳輸機理討論等相關研究工作。她本科畢業于西南交大2013級材料科學與工程專業（高分子方向），以專業第一的成績保送為材料學院（材料先進技術教育部重點實驗室）教授周祚萬的直博生，開展碳基納米材料研究。2015年她前往英國曼徹斯特大學安德烈·海姆教授課題組聯合培養。

　　周祚萬表示，這一成果不僅建立起了精確調控埃級別離子通道的方法，而且揭示了離子在受限空間中的傳輸機理，為納米流體學、受限空間離子輸運以及分子分離技術等提供了重要的科學基礎。