利用带电荷的Janus纳米管尖端实现水与乙醇的分离

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Water–ethanol separation with Janus tip charged carbon nanotubes

乙醇作为重要工业物质，其高效分离方法亟待开发。本研究通过分子动力学模拟发现，带Janus端点电荷的碳纳米管直径在1.6-2.8 nm时对水分子具有高选择性，而更小直径的管子则倾向乙醇分离。当直径超过2.8 nm时，电荷效应减弱导致选择性下降。该研究验证了Janus端点碳纳米管的理论可行性，为离子化功能化材料实现高效节能的水-乙醇分离提供了新思路。

　　

乙醇是一种重要的工业物质，既可用作溶剂，也可用作燃料。特别是在生产生物乙醇作为替代燃料的过程中，需要寻找能够以更低能耗分离水和乙醇的方法。通过分子动力学模拟，我们研究了带有Janus结构（一个端点带正电，另一个端点带负电）的碳纳米管（CNTs）对水和乙醇分子的选择性。这些电荷在碳纳米管内部产生不均匀的轴向电场，该电场强度足以诱导水分子在碳纳米管内形成特定的结构。具体来说，直径在1.6到2.8纳米之间的带电碳纳米管对水分子的选择性很高，而直径小于1.6纳米的碳纳米管则更倾向于选择乙醇。当碳纳米管的直径超过2.8纳米时，端点电荷的影响减弱，导致其对水分子的选择性逐渐降低。本研究证明了带有Janus结构端点的碳纳米管作为理论模型的可行性，表明通过离子化修饰可以实现其在高效水-乙醇分离中的应用。