基于二维材料层叠膜的纳流体离子输运晶体管

基本信息
批准号:21905206
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:赵晓莉
学科分类:
依托单位:同济大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
二维无机材料纳米通道层状材料电压门控离子传输
结项摘要

The nanofluid transistor for ion transport is a newly emerging responsive element, which has great research and application value in areas of DNA separation, molecular detection and so on. It controls the ion transport in the channel by adjusting the fixed surface charge density by an applied voltage. Two-dimensional materials have the natural advantage of constructing nano-channels on a large scale. In recent years, nanofluid transistors based on two-dimensional material laminated films have attracted extensive attentions. In view of the lack of regularity of voltage response and the low switching ratio in previous studies, this project intends to establish a method for constructing molybdenum disulfide laminated films with regular and adjustable interlayer spacing. Then we would investigate the influence of interlayer spacing on the voltage responses and clarify its mechanisms with the assistance of molecular dynamics simulations. Meanwhile, based on the different voltage response of the double layers from functional group dissociation and capacitive behavior, we would screen the pristine charge on the nanosheet with ions of high valence, which promises for a nanofluid transistor with a high switching ratio.

纳流体离子传输晶体管是一种新兴的响应性元件,在DNA分离,分子检测等领域具有重大的研究和应用价值。它通过外加电压对纳米通道孔壁表面电荷密度进行调节,从而控制孔道内离子的运输。二维材料具有规模化构筑纳米通道的天然优势。近年来基于二维材料层叠膜的纳流体离子输运晶体管受到了广泛的关注。针对以往研究中的电压响应缺乏规律性和开关比低下的两大问题,本项目拟建立一条构建层间距规整可调的二硫化钼层叠膜的方法,结合分子动力学模拟,阐明层间距对于纳米通道电压响应性的影响规律和机制;明晰二维材料基团电离引起的双电层与电容行为引起的双电层的作用区别,进而通过高价离子屏蔽,构筑具有高开关比的纳流体离子传输晶体管。

项目摘要

本项目对在纳米孔道限域条件与表面电势共同作用下离子的输运进行探索性研究,发展了面向膜分离性能的二维材料层叠膜构筑的理论与技术,构筑了适用于高浓度电解质的离子晶体管,揭示了离子跨膜扩散行为的电压响应性与电荷存储机理的内在联系,探究了离子价态对于离子跨膜扩散电压响应的作用机理。项目执行期间,项目责任人以一作或通讯作者发表 SCI 论文 13篇,发表期刊包括ACS Energy Letters (1 篇),Nano Energy (1 篇),ACS Applied materials & interface (3 篇),ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2篇)。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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