超越离子空间位阻选择性的埃级毛细管

离子选择性通道在生理过程中起关键作用，并用于许多技术中。虽然生物通道能有效分离具有相似水合壳层的同电荷离子，但使用人工固态通道模拟如此精细的选择性仍然是一个挑战。尽管存在几种对特定离子表现出高选择性的纳米多孔膜，但其潜在机制基于水合离子尺寸和/或电荷。有必要合理化人工通道的设计，使其能够在相似尺寸的同电荷离子之间进行选择，这反过来需要理解这种选择性为何以及如何发生。为解决此问题，我们研究了由范德华组装制成的埃级人工通道，其尺寸与典型离子相当，且通道壁上几乎无残余电荷。这使我们能够排除空间位阻和库仑排斥的一阶效应。我们表明，所研究的二维埃级毛细管可以区分具有相似水合直径的同电荷离子。这种选择性归因于离子在纳米受限水的层状结构中所占据的不同位置，这些位置取决于离子核心尺寸，且对阴离子和阳离子有所不同。所揭示的机制指出了超越简单空间筛分的离子分离可能性。