超越“一次一个孔”：生成多个可调谐纳米孔的新方法

具有小于十亿分之一米的原子级孔的纳米多孔膜具有强大的潜力，可用于净化污水、从水中提取有价值的金属离子或用于渗透发电机。

但这些令人兴奋的应用在一定程度上受到了将单个亚纳米孔逐一隧道化的繁琐过程的限制。

“如果我们要扩大二维材料膜的规模，使其适用于实验室外的应用，‘一个芝加哥大学普利兹克分子工程学院 (PME) 博士毕业生 Eli Hoenig 表示，“一次‘方法’根本不可行。但是，即使在实验室实验的范围内，纳米多孔膜也能提供比单个孔，增加灵敏度。”

霍尼格是第一作者最近发表的一篇论文在自然通讯找到了解决这个长期存在的问题的新途径。在 PME 助理下。刘冲教授的团队创造了一种新的孔隙生成方法，该方法可以构建具有故意弱点的材料，然后应用远程电场一次性生成多个纳米级孔隙。

“我们的逻辑是，如果我们能够预先设计材料的外观并设计出是，那么当我们进行孔隙生成时，磁场会发现那些薄弱点并首先开始在那里钻孔，”刘说。

弱点的强度

通过重叠几层多晶二硫化钼，研究小组可以控制晶体相遇的位置。

“假设我有两个完美的晶体。当两个晶体结合在一起时，它们不会顺利地粘在一起。有一个接口，它们开始相互连接，”刘说。 “这就是所谓的晶界。”

这意味着他们可以通过显着的控制水平“预先图案化”晶界以及最终在晶界处形成的孔隙。

但通过这种技术可以微调的不仅仅是位置。孔隙的浓度甚至尺寸都可以提前确定。该团队能够将孔的尺寸从 4 纳米调整到小于 1 纳米。

这为水处理系统、燃料电池或任何其他应用的工程设计提供了灵活性。

“人们希望精确地创造和限制毛孔，但通常方法是有限的，一次只能创造一个毛孔，”刘说。 “这就是为什么我们开发了一种创建高密度毛孔的方法，您仍然能够控制每个毛孔的精度和大小。”

虽然该技术有多种用途，但霍尼格发现环境应用最令人兴奋。其中包括处理水和提取有价值的材料，例如世界向可再生能源过渡所需的电网规模电池所需的锂。

“至少在基础科学层面上，有针对性的水净化和资源回收是同一枚硬币的两面，对我来说，两者都非常重要，”霍尼格说。

刘说，这篇新论文是与以电池为重点的跨学科合作的智力分支。PME 教授雪莉孟和 PME 助理。杨硕龙教授的量子研究组。三个实验室跨越学术孤岛开展工作，此前曾合作突破了长期存在的障碍在晶体上生长量子比特。

“我们的三个团队正在努力开发精密合成技术，不仅针对一种材料，也不仅仅针对一种材料特性，”刘说。 “我们正在共同研究如何操纵材料的成分、结构和缺陷，以便能够创建精确的缺陷和孔隙。”