近年來，由于納米技術、生物工程和生命科學研究等領域的突破性進展，固態(tài)納米孔器件受到日益增多的關注。得益于其納米級尺寸和高功能化的表面，固態(tài)納米孔器件在分析、檢測、分離以及能源轉換等諸多領域被廣泛研究。固態(tài)納米孔器件的各項功能主要源于其表面與物質之間的相互作用，因此，對固態(tài)納米孔器件的表面調控是實現(xiàn)各項功能的基礎。化學修飾是調控固態(tài)納米孔器件表面性質最常使用的方法之一。然而，現(xiàn)有化學修飾存在反應位點隨機，容易造成缺陷等缺點，因而限制了當前固態(tài)納米孔器件的性能。因此，發(fā)展一種針對固態(tài)納米孔器件特定位點修飾的新方法能夠為該領域的研究提供新的契機。

為了實現(xiàn)位點精準可控的化學修飾，北京大學集成電路學院王路達研究員課題組以單層石墨烯為材料，借助微米納米加工技術全國重點實驗室平臺，發(fā)展了一種預錨定的方法以定點修飾石墨烯固態(tài)納米孔器件。在本研究中，通過該方法對石墨烯納米孔進行精確的定點修飾，得到具有高功能化，高表面電荷密度的石墨烯納米孔。理論模擬表明，納米孔附近表面電荷密度的提高能夠帶來優(yōu)異的陰陽離子選擇性和鹽差能轉換性能。離子輸運測量表明，在100倍鹽度梯度下，定點修飾的納米孔石墨烯器件實現(xiàn)了81.6 W m^-2的功率密度和35.4%的能量轉換效率，優(yōu)于當前報道的最先進的石墨烯基鹽差能發(fā)電器件。

該研究發(fā)展了一種定點修飾限域空間的方法，通過該方法制備出了高功能化，高表面密度的石墨烯固態(tài)納米孔器件。同時，該定點修飾的固態(tài)納米孔器件也展示了其在能源、分離和傳感等領域中的應用潛力。

相關成果以“Preanchoring Enabled Directional Modification of Atomically Thin Membrane for High-Performance Osmotic Energy Generation”為題，發(fā)表在Nano Letters上。北京大學集成電路學院博士生劉原鋮為第一作者，王路達為通訊作者。

以上研究工作得到國家自然科學基金與集成電路高精尖創(chuàng)新中心等項目支持。

相關鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c03041