控制纳米孔内的污染物有望实现海水淡化、二氧化碳储存和多孔催化剂

天然和工程系统的微孔（称为纳米孔）内有一个完整的化学世界，其变化取决于内部的化学官能团。

圣路易斯华盛顿大学McKelvey工程学院的一个化学工程师和材料科学家团队找到了一种精确控制纳米孔中污染物的方法，这最终将有利于水处理中使用的海水淡化技术；二氧化碳储存；以及用于其他制造工艺的多孔催化剂。

该研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。

能源、环境和化学工程教授Young Shin Jun和机械工程与材料科学系Lilyan&E.Lisle Hughes教授Srikanth Singamaneni及其团队发表了研究结果，揭示了化学官能团如何影响纳米孔内的离子浓度和pH值。Singamaneni的实验室创建了一种等离子体纳米传感器，用于测量纳米孔中质子和离子污染物的浓度。纳米传感器提供了有关离子-纳米孔相互作用的信息，告诉研究人员如何精确和选择性地控制某些污染物。Jun说：“学习不同功能化纳米孔中质子、阴离子和阳离子等前体离子的局部浓度可以提高我们对这些纳米孔中关键催化反应的理解，从而在孔工程中进行更精确的控制。”。

这是他们2022年发表在《化学》杂志上的研究的延续，该研究发现，在盐度较高的溶液中，纳米孔内的pH值可能比本体溶液的酸性高100倍。

该团队使用原位表面增强拉曼光谱（SERS）结合由金纳米棒和功能化介孔二氧化硅组成的特殊设计的核壳等离子体纳米传感器来测量靠近金纳米棒表面的纳米孔内的pH值和离子浓度。他们检查了功能化纳米孔内的几种阴离子，包括磷酸盐、硝酸盐、硫酸盐和砷酸盐，以及阳离子，包括汞、铅和铜，这些都是关键的水成分或污染物。

他们将纳米孔中的浓度与本体浓度进行了比较。在原始或疏水性纳米孔中，他们意外地发现，与本体浓度相比，阴离子浓度增强，阳离子浓度受到抑制。然而，在亲水性纳米孔中，如胺、硫醇和羧基中的纳米孔，他们发现pH值取决于化学官能团的酸度，重金属浓度受到与官能团化学相互作用强度的强烈影响。Singamaneni说：“将功能化多孔材料与等离子体纳米传感器集成是理解纳米多孔材料不同寻常的物理、化学和生物特性的一种通用而强大的方法。”。“这项工作建立了一种可以很容易地扩展到其他多孔材料的方法。”Jun说：“这一发现将帮助我们确定如何制造可以在更大范围内使用的材料。”。“通过了解纳米孔化学，我们可以设计出更好的材料，并理解纳米孔这个微小而关键的世界中发生的反应。

”有趣的是，许多令人兴奋的反应发生在不直接可见且隐藏的区域。这些反应中的pH值、化学物质及其浓度通常与本体溶液中的不同。这一新的见解有助于我们理解纳米多孔系统中的意外反应。p