期刊导读
Journal Guide
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Nanofluidic sensing inspired by the anomalous water dynamics in electrical angstrom-scale channels
主要作者：褚天舒
文章来源：《自然-通讯》
摘要：电压对限域水动力学的控制在各种应用中具有重要意义。然而，需要解决膜功能、电压控制范围和动力学不明确的局限性。在此，我们报告了阳离子插入多层Ti3C2膜上的异常电控现象，并揭示了限域水动力学。随着电压的施加和升高，水的渗透率迅速提高，最终在0.9 V时达到最大值。渗透率从0.9 V开始下降。在0.9 V以下，电场会影响水分子的电荷和极性，从而导致二维(2D)通道中有序和更密集的重排，以提高渗透率。在0.9 V以上，在金属阳离子的帮助下，电流的激增导致水分子聚集成簇，从而限制了水的流动性。基于这些发现，通过电动操纵同时优化响应和恢复速度，开发了一种高性能湿度传感器。这项工作为智能膜设计和纳米流体传感提供了灵活的策略。
（信息以英文摘要为准）
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文章介绍：气湿敏传感器被广泛应用于现代工业、环境监测、农业、医疗和日常生活等领域。课题组针对当下气湿敏传感器仍存在无法及时捕捉气体浓度的变化且在检测低浓度分析物时灵敏度较低等问题，无法满足极端环境中的应用需求，创新性提出一种二维流体限域传感策略，采用一种具有分层结构的二维过渡金属碳化物（Ti3C2 MXene）提供二维敏感通道，通过结合金属阳离子和电场操纵的概念同时优化传感器的响应和恢复速度。研究人员结合分子动力学模拟、第一性原理计算、多物理场仿真以及原位光谱实验等多重手段，发现低电流会导致水分子极化，从而引起限域水在二维通道内的有序密集排列，而高电流会诱导限域水解离而聚集成大分子簇，堵塞二维通道；通过电场和阳离子调控，促使二维限域水在三种结构类型之间的平衡转变：单体 ⇋ 二聚体 ⇋ 团簇。该策略能够快速调节限域分子在二维通道中的传输动力学，有望在传感、水处理、气体分离、能源存储与转换等领域产生广泛应用。
该研究工作以华东理工大学为通讯单位。我校机械与动力工程学院博士研究生褚天舒为论文的第一作者，张博威特聘研究员和轩福贞教授为论文的共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金创新群体、国家自然科学基金面上及青年项目、上海市基础研究特区等项目的资助。
期刊介绍
《Nature Communications》(《自然通讯》)是一本由NATURE RESEARCH出版的Biological Science Disciplines学术刊物，该刊是国际一流期刊，主要刊载Biological Science Disciplines相关领域研究成果与实践，旨在打造一种学术水平高、可读性强、具有全球影响力的学术期刊。本刊已入选SCI、SCIE来源期刊。该刊创刊于2010年，出版周期Bimonthly。2022年发布的影响因子为16.6。
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信息来源：华东理工大学 新闻网
排版：周濛
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