浙江大学Science：具有纳米尺度图灵结构的聚酰胺膜用于净水

【引言】

早在1952年，图灵就提出两种不同化学物质，活性剂和抑制剂，能够在特定条件下进行反应和扩散得到复杂图案。因此，图灵结构的产生需要在反应-扩散体系中。界面聚合就是一种在非热力学平衡状态下的反应-扩散过程，然而常规界面聚合依然无法得到图灵结构，原因在于活性剂和抑制剂扩散系数之间的差异还不够大。

【成果简介】

近日，浙江大学张林教授课题组尝试在水相中加入一定量的聚乙烯醇，由于聚乙烯醇和活性剂之间的氢键作用增加溶液粘度，降低了活性剂的扩散速率，从而使得活性剂与抑制之间的扩散系数差异满足图灵结构的产生条件。该文中报道了两种不同的图灵结构，并且研究表明其具有良好的透水性和盐选择性，在水净化方面具有重要的应用价值。该成果以题为"Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification"发表在Science上。

【图文导读】

图1 界面聚合中的图灵型结构

(a) 反应扩散过程中活化剂-抑制剂相互作用的示意图；

(b) 局部激活和侧面抑制的空间示意；

(c) 界面聚合图灵结构的示意图；

(d, e) 图灵型聚酰胺膜的AFM形貌图。

图2 图灵型聚酰胺膜的电子显微照片

(a) 两个膜表面低倍放大的SEM图片；

(b) 两种不同结构的高倍放大的SEM图片；

(c) 两个结构投影区域的TEM图片；

(d) 两个结构横截面的TEM图片。

图3 图灵型聚酰胺膜的透水位点的空间分布

(a) 图灵型聚酰胺膜的透水性与水盐选择性之间的关系；

(b) 金纳米粒子的动态过滤实验和水在图灵型聚酰胺膜的输送示意图；

(c-f) 投影区域TEM图片显示纳米粒子在图灵型聚酰胺膜上的表面沉积。

【小结】

本文证实在界面聚合反应这一反应-扩散体系中，通过调节合适的初始反应条件可以得到图灵结构。微观结构表明高透水性位点的空间分布与纳米尺度的图灵结构相对应。这些具有图灵结构的膜在透水性和水盐选择性方面具有出色的传输性能，能够在未来的水净化处理方面发挥重要作用。

文献链接：Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar6308)

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