氧化石墨烯膜中异常水渗透的起源

由于低维碳结构内部水的流动与结构具有基础科学意义，且其具有实际应用价值，因此备受关注。近期研究证实，尽管氧化石墨烯膜对其他液体甚至气体不可渗透，但水却能异常地完全穿透该膜。此外，还报道了氧化石墨烯在水存在下表现出异常的负泊松比行为。本文基于第一性原理计算，建立了由水和氧化石墨烯组成的混合系统的原子模型，揭示了堆叠氧化石墨烯内部异常的水行为。我们发现，片层间六方冰双层的形成以及片层边缘冰的熔化相变，对于实现水在整个堆叠结构中的完全渗透至关重要。相邻层间距可通过氧化还原过程或压力进行调控，该间距决定了水流特性，从而突显了随机连接二维空间中独特的水动力学行为。