浙江大學Science：具有納米尺度圖靈結構的聚酰胺膜用于凈水

【引言】

早在1952年，圖靈就提出兩種不同化學物質，活性劑和抑制劑，能夠在特定條件下進行反應和擴散得到復雜圖案。因此，圖靈結構的產生需要在反應-擴散體系中。界面聚合就是一種在非熱力學平衡狀態下的反應-擴散過程，然而常規界面聚合依然無法得到圖靈結構，原因在于活性劑和抑制劑擴散系數之間的差異還不夠大。

【成果簡介】

近日，浙江大學張林教授課題組嘗試在水相中加入一定量的聚乙烯醇，由于聚乙烯醇和活性劑之間的氫鍵作用增加溶液粘度，降低了活性劑的擴散速率，從而使得活性劑與抑制之間的擴散系數差異滿足圖靈結構的產生條件。該文中報道了兩種不同的圖靈結構，并且研究表明其具有良好的透水性和鹽選擇性，在水凈化方面具有重要的應用價值。該成果以題為"Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification"發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1?界面聚合中的圖靈型結構

(a) 反應擴散過程中活化劑-抑制劑相互作用的示意圖；

(b) 局部激活和側面抑制的空間示意；

(c) 界面聚合圖靈結構的示意圖；

(d, e) 圖靈型聚酰胺膜的AFM形貌圖。

圖2?圖靈型聚酰胺膜的電子顯微照片

(a) 兩個膜表面低倍放大的SEM圖片；

(b) 兩種不同結構的高倍放大的SEM圖片；

(c) 兩個結構投影區域的TEM圖片；

(d) 兩個結構橫截面的TEM圖片。

圖3 圖靈型聚酰胺膜的透水位點的空間分布

(a) 圖靈型聚酰胺膜的透水性與水鹽選擇性之間的關系；

(b) 金納米粒子的動態過濾實驗和水在圖靈型聚酰胺膜的輸送示意圖；

(c-f) 投影區域TEM圖片顯示納米粒子在圖靈型聚酰胺膜上的表面沉積。

【小結】

本文證實在界面聚合反應這一反應-擴散體系中，通過調節合適的初始反應條件可以得到圖靈結構。微觀結構表明高透水性位點的空間分布與納米尺度的圖靈結構相對應。這些具有圖靈結構的膜在透水性和水鹽選擇性方面具有出色的傳輸性能，能夠在未來的水凈化處理方面發揮重要作用。

文獻鏈接：Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification?(Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar6308)

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