Science：这个孔道，水跑的真快！

氟聚合物聚四氟乙烯（PTFE）提供了一个独特的超疏水表面，密集的碳-氟（C-F）键可以击退水。然而，单个C-F键是极性的，可以与极性官能团进行静电相互作用，形成氢键（H键）。这种值得注意的双边特征，被称为极性疏水性，这可以归因于氟的性质，即最大的电负性和小原子尺寸。

氟的表面和水之间的相互作用得到了广泛研究。最近基于拉曼光谱的报告显示，氟化物附近的水簇破裂，产生许多羟基悬垂键，而碳氢化合物类似物产生的悬垂键要少得多。这一观察表明，具有聚四氟乙烯样超疏水内表面的纳米通道可以抑制水簇的形成，水簇的扩散可能比非聚集水分子更慢。

针对以上的结论，东京大学的研究者Takuzo Aida，Kohei Sato和Yoshimitsu Itoh在Science发表文章，Ultrafast water permeation through nanochannels with a densely fluorous interior surface，通过在内表面设计上密集排列的F，实现了纳米孔道的超级快速的水输运。

作者开发了一系列氟化的寡酰胺纳米环（FmNRns，内径在0.9到1.9 nm之间），这些纳米环经过超分子聚合，以产生不同内径的纳米通道（FmNCns）。为了设计FmNRns和FmNCns，作者利用了C-F键的极性和疏水性。由于C-F键具有高度极性，但很难原子偏振，FmNRns中的C-F键可以与相邻的极性酰胺基团进行静电相互作用，形成H键。这使大环主干变得坚硬，并导致C-F键指向内。当FmNRns能够在碳氢化合物介质中超分子聚合，疏溶剂形成氟化纳米通道，它们的内部表面被氟原子密集覆盖，因此可以破坏水簇。

结果显示，直径最小的纳米通道表现出比水通道蛋白和碳纳米管大两个数量级的水渗透通量。所提出的纳米通道具有可忽略的氯离子(Cl－)渗透率，这是由静电负性的氟内表面引起的强大静电屏障造成的。因此，这种纳米通道有望在脱盐过程中显示出近乎完美的盐反射。

图1. 氟纳米环系列及跨膜氟纳米通道的形成

图2. 氟化纳米通道的形成

图3. 用停止流动荧光测量法评价通过氟纳米通道的水渗透动力学

图4. 水和离子通过DPPC囊泡中的氟纳米通道的渗透性

文献信息

Itoh et al., Ultrafast water permeation through nanochannels with a densely fluorous interior surface. Science 376, 738–743 (2022)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abd0966

转自：PPT科研绘图 2022-05-14 19:30

文章来源于顶刊收割机 ，作者WPGLYGH

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