受限在納米通道內水分子定向流動機理研究

《受限在納米通道內水分子定向流動機理研究》是依託浙江師範大學，由寇建龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：受限在納米通道內水分子定向流動機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：寇建龍
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

揭示受限在納米通道內水分子的定向流動機理，將對深入理解生物通道內的流體動力學規律和流體能量的轉化套用奠定基礎。當水分子受限在納米尺度的通道內時，由於分子與分子之間、分子與通道壁面之間的相互作用，對分子的動力學行為起到了關鍵作用，因而會表現出許多與巨觀水相不一樣的行為。但目前還沒有一種能被廣泛承認的，能解釋其傳輸機理的理論。在目前機理尚不明確的情況下，本項目擬基於棘輪效應，設計可行性的定向流系統，運用非平衡分子動力學模擬方法統計水分子的微觀運動規律，結合數學建模分析納米受限下的水分子動力學規律，進而提出新的思路，更加本質的揭示受限空間下的連續定向流傳導本質機理，為解釋相關的納米受限定向流機理和設計定向流系統奠定理論基礎。

結題摘要

本項目利用分子動力學模擬方法結合數學建模，對納米通道內水分子的流動進行了系統的研究。經過三年的研究，完成了預期的研究任務，基本上達到了預期的研究目標。我們研究了外界的電荷對受限在納米通道內水分子的流動的影響，發現了電共振現象，並建立數學模型對模擬結果進行了詳細的討論。我們探討了外置振動電荷與靜止電荷對納米通道內水流動影響，發現了兩種影響效果是相反的。我們也發現納米孔表面的電荷電量可以有效操控納米孔道內水分子的運動。通道外置電荷，可對僅受限一維水鏈的“Y”型納米孔道，實現類似於三極體偶極水信號操控。基於棘輪效應，我們在無外加滲透壓情況下，通過非平衡分子動力學模擬的方法，證明了非對稱的外界電荷和力學擾動可以操控納米通道內水流動的淨流量和方向，詳細地分析了轉動頻率、外力振動頻率、納米通道表面振幅等相互耦合對納米通道內水流動所表現出複雜的流動行為，建立相應的數學模型進行解釋，揭示了外電荷、力學擾動等驅動納米通道內水分子定向流動的機理。此外，我們發現新型二維納米孔隙薄膜可以加速納米孔道內水分子滲透能力，等等。 本項目的研究成果在《Angew.Chem.Int.Ed.》、《Nano Lett.》、《Phys.Rev.E》等SCI雜誌上發表學術論文7篇，已被國內外同行大段引用及正面評價。以發表在《Angew.Chem.Int.Ed.》和《Nano Lett.》的學術論文為部分代表作，獲得2017年教育部高校科研成果獎（科學技術）自然科學一等獎（已公示）。項目執行期內，研究團隊中2位教師獲得職稱晉升，2位教師獲得博士學位，3位教師出國進行了為期一年的學術訪問，協助培養碩士研究生4人。