Чтобы достичь толщины человеческого волоса, нужно наложить друг на друга тысячи слоев графена, каждый из которых состоит из одного слоя атомов углерода. Такие свойства делают графен перспективным для применения в электронике и энергетике.
Однако одной из наиболее интригующих возможностей графена является его способность к управляемой проницаемости для различных веществ. Химические дефекты, или так называемые «дыры» в углеродной решетке графена, делают материал проницаемым для газов. Но проницаемость для ионов — фторида, хлорида или бромида — до недавнего времени оставалась недостижимой.
Команде ученых под руководством профессора химии Франка Вюртнера из Университета Юлиуса Максимилиана в Вюрцбурге (Германия) удалось добиться прорыва в этом вопросе. Они создали графеновую систему с дефектом, который позволяет проникать фториду, хлориду и бромиду, но блокирует более крупные ионы, такие как йодид. Этот успех достигнут благодаря созданию стабильного двойного слоя нанографена, который образует полость для захвата ионов.
В процессе эксперимента ученые не только подтвердили способность графена пропускать хлорид, но и измерили время, необходимое для проникновения иона в полость. Это открытие имеет важное значение для будущих технологий, например, производства мембран для опреснения воды, искусственных рецепторов и хлоридных каналов.
Хлорид, один из основных компонентов поваренной соли и морской воды, играет ключевую роль в биологических процессах, протекающих во всех живых организмах. Возможность избирательно пропускать ионы хлорида через графеновые структуры открывает путь к разработке инновационных фильтрационных систем и устройств для анализа состава веществ.
Следующим шагом в исследованиях команды станет создание более крупных стеков нанографена для изучения потоков ионов. Это позволит глубже понять процессы, аналогичные тем, что происходят в биологических ионных каналах.
Д-р Казутака Шояма, инициатор и руководитель проекта совместно с профессором Вюртнером, подчеркивает важность этого достижения: «Доказанная высокая проницаемость для хлорида и избирательная способность двойного слоя нанографена открывают новые перспективы. Это приближает нас к созданию передовых технологий в области водоочистки и молекулярной биологии».
Графен продолжает демонстрировать свою универсальность, становясь материалом, который может изменить будущее как фундаментальных научных исследований, так и технологий, применимых в повседневной жизни.
Ранее ученые открыли новые свойства графена, которые обещают прорыв в электронике.
