水通道蛋白中的疏水內(nèi)表面提高了水的超快滲透。聚四氟乙烯(PTFE)表面布滿碳-氟鍵(C-F鍵)，因而具有顯著的超疏水性;然而C-F鍵為極性鍵，可與極性官能團(tuán)發(fā)生靜電反應(yīng)形成氫鍵(H鍵)。這種雙重性能(被稱為極氫性)可歸因于氟的特性：在所有元素中，氟的電負(fù)性大，原子直徑非常小(只有氫的原子直徑比氟小)。拉曼光譜分析顯示氟化物周圍的水團(tuán)簇破裂形成氫氧根自由鍵，然而極少碳?xì)浠衔飼?huì)生成這種自由鍵。這些發(fā)現(xiàn)表明具有聚四氟乙烯超疏水內(nèi)表面的納米通道或可抑制水團(tuán)簇的形成，而團(tuán)簇水比非團(tuán)簇水?dāng)U散更慢。
 

　　東京大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與生物技術(shù)系的Yoshimitsu Itoh教授等發(fā)表在Science上的文章提出了實(shí)現(xiàn)水超快滲透的密集含氟內(nèi)表面納米通道結(jié)構(gòu)。作者開(kāi)發(fā)了一系列氟低聚酰胺納米環(huán)(FMNRnS)，其內(nèi)徑為0.9-1.9 nm。通過(guò)超分子聚合得到不同直徑的氟納米通道(FMNCnS。為了設(shè)計(jì)FMNRnS和FMNCnS，作者利用了C-F鍵的極性和疏水的本質(zhì)：C-F鍵具有強(qiáng)極性，但難以在原子尺度極化，C-F鍵可與極性官能團(tuán)發(fā)生靜電反應(yīng)形成氫鍵(H鍵)，這些特性使得納米環(huán)骨架具有剛性，并且C-F鍵指向內(nèi)部。當(dāng)FMNRnS可在碳?xì)浠衔锩浇橹谐肿雍铣蒄MNCnS，它們的內(nèi)表面密集覆蓋著能破壞水團(tuán)簇的氟原子。通過(guò)模擬的方法研究了內(nèi)部納米通道表面疏水性對(duì)水團(tuán)簇的影響，疏水性強(qiáng)的通道容易破壞水團(tuán)簇。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示，出現(xiàn)大量氫氧根自由鍵時(shí)，內(nèi)表面疏水性更強(qiáng)。內(nèi)壁的疏水性增強(qiáng)，水的流速也提高。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證滲透壓是否會(huì)導(dǎo)致NaCl向膜內(nèi)滲透，結(jié)果表明，NaCl向膜內(nèi)的滲透極慢，不足以影響水向膜外的滲透。

　　相關(guān)研究成果以“Ultrafast water permeation through nanochannels with a densely fluorous interior surface”為題發(fā)表在Science上。

　　具有聚四氟乙烯(PRFE)狀內(nèi)表面、合適尺寸的氟納米通道對(duì)水有更大的滲透速度，并且脫鹽效果非常好。這些性能得益于氟內(nèi)表面負(fù)的靜電特性，而負(fù)靜電特性可破壞水團(tuán)簇，增強(qiáng)水的滲透性，并且對(duì)Cl-的滲透產(chǎn)生靜電阻礙，文章提供的納米通道中氯離子的滲透可忽略不計(jì)。因此這種納米通道有望應(yīng)用于海水淡化。(新聞來(lái)源：材料人)