近年來(lái)，由于納米技術(shù)、生物工程和生命科學(xué)研究等領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，固態(tài)納米孔器件受到日益增多的關(guān)注。得益于其納米級(jí)尺寸和高功能化的表面，固態(tài)納米孔器件在分析、檢測(cè)、分離以及能源轉(zhuǎn)換等諸多領(lǐng)域被廣泛研究。固態(tài)納米孔器件的各項(xiàng)功能主要源于其表面與物質(zhì)之間的相互作用，因此，對(duì)固態(tài)納米孔器件的表面調(diào)控是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)�；瘜W(xué)修飾是調(diào)控固態(tài)納米孔器件表面性質(zhì)最常使用的方法之一。然而，現(xiàn)有化學(xué)修飾存在反應(yīng)位點(diǎn)隨機(jī)，容易造成缺陷等缺點(diǎn)，因而限制了當(dāng)前固態(tài)納米孔器件的性能。因此，發(fā)展一種針對(duì)固態(tài)納米孔器件特定位點(diǎn)修飾的新方法能夠?yàn)樵擃I(lǐng)域的研究提供新的契機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)位點(diǎn)精準(zhǔn)可控的化學(xué)修飾，北京大學(xué)集成電路學(xué)院王路達(dá)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(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，發(fā)展了一種預(yù)錨定的方法以定點(diǎn)修飾石墨烯固態(tài)納米孔器件。在本研究中，通過(guò)該方法對(duì)石墨烯納米孔進(jìn)行精確的定點(diǎn)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(lái)優(yōu)異的陰陽(yáng)離子選擇性和鹽差能轉(zhuǎn)換性能。離子輸運(yùn)測(cè)量表明，在100倍鹽度梯度下，定點(diǎn)修飾的納米孔石墨烯器件實(shí)現(xiàn)了81.6 W m^-2的功率密度和35.4%的能量轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)于當(dāng)前報(bào)道的最先進(jìn)的石墨烯基鹽差能發(fā)電器件。

該研究發(fā)展了一種定點(diǎn)修飾限域空間的方法，通過(guò)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(shí)，該定點(diǎn)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(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。

相關(guān)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(xué)集成電路學(xué)院博士生劉原鋮為第一作者，王路達(dá)為通訊作者。

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

相關(guān)鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c03041