纳米多孔碳材料用于溶剂纳米分离的分子决定因素

《ACS Materials Letters》：Molecular Determinants of Solvent Nanoseparation by Nanoporous Carbon Materials

纳米多孔碳材料因其高比表面积、稳定性等特性在能源、催化等领域应用广泛，本研究通过分子动力学模拟揭示其溶剂纳米分离机制：最佳分离效果对应孔径略大于分子尺寸，表面氧化显著调控极性分子扩散，溶剂形状及孔网络结构也有影响，马尔可夫模型有效预测分子路径，为材料设计提供理论框架。

　　

纳米多孔碳材料具有可调的多种特性，包括高表面积、稳定性、导电性、丰富的表面化学性质以及生物相容性，这些特性使其成为能源应用、催化、纳米分离和药物输送的理想平台。在此，我们构建了纳米多孔碳材料的模型，并利用粗粒化分子动力学方法揭示了溶剂纳米分离和扩散的分子决定因素。当孔径略大于分子尺寸排斥限时，可实现最佳的纳米分离效果；表面氧化是影响极性分子在溶剂混合物中扩散的主要因素。溶剂的形状以及孔网络的几何结构（虽然影响较小）也会对纳米分离产生影响。所建立的马尔可夫状态模型能够预测分子在材料中沿特定路径运动的概率。我们提出的材料构建、模拟和分析框架为未来研究纳米多孔材料中的纳米分离机制提供了坚实的基础，这些机制受到表面化学性质、孔网络几何结构以及分子特性的共同作用。