薄纳米孔黏度梯度下由反向电渗流引起的异常离子电流整流

单纳米孔因广泛的应用而备受科学关注。多数实验在膜两侧接触相同电解质的条件下进行，而半透膜两侧的溶液梯度在自然系统中无处不在。在本稿件中，我们结合实验与模拟研究了薄纳米孔在黏度梯度下的离子与流体运动。在这些条件下观察到离子电流整流，其源于电渗流在不同偏压下使具有不同电导率的溶液充满孔道。我们发现，充满高黏度溶液的孔在超过阈值电压后以更陡的斜率随外加电压增大电流，这异常地降低了电流整流比。通过模拟，我们发现由低黏度水溶液充满孔的反向电渗流是此行为的成因。该反向电渗流可由沿孔道共离子比反离子更慢的耗尽来解释。通过增大孔表面的面电荷密度，电流整流比可达到薄纳米孔两侧黏度梯度的值。我们的发现为在纳米孔与纳流控通道上进行黏度梯度实验时需考虑的基本方面提供了启示。