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 【引言】

早在1952年，圖靈就提出兩種不同化學(xué)物質(zhì)，活性劑和抑制劑，能夠在特定條件下進(jìn)行反應(yīng)和擴(kuò)散得到復(fù)雜圖案。因此，圖靈結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生需要在反應(yīng)-擴(kuò)散體系中。界面聚合就是一種在非熱力學(xué)平衡狀態(tài)下的反應(yīng)-擴(kuò)散過(guò)程，然而常規(guī)界面聚合依然無(wú)法得到圖靈結(jié)構(gòu)，原因在于活性劑和抑制劑擴(kuò)散系數(shù)之間的差異還不夠大。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，浙江大學(xué)張林教授課題組嘗試在水相中加入一定量的聚乙烯醇，由于聚乙烯醇和活性劑之間的氫鍵作用增加溶液粘度，降低了活性劑的擴(kuò)散速率，從而使得活性劑與抑制之間的擴(kuò)散系數(shù)差異滿足圖靈結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生條件。該文中報(bào)道了兩種不同的圖靈結(jié)構(gòu)，并且研究表明其具有良好的透水性和鹽選擇性，在水凈化方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。該成果以題為"Polyamide membranes with nanoscale Turing structures for water purification"發(fā)表在Science上。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 界面聚合中的圖靈型結(jié)構(gòu)

(a) 反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中活化劑-抑制劑相互作用的示意圖；

(b) 局部激活和側(cè)面抑制的空間示意；

(c) 界面聚合圖靈結(jié)構(gòu)的示意圖；

(d, e) 圖靈型聚酰胺膜的AFM形貌圖。

圖2 圖靈型聚酰胺膜的電子顯微照片

(a) 兩個(gè)膜表面低倍放大的SEM圖片；

(b) 兩種不同結(jié)構(gòu)的高倍放大的SEM圖片；

(c) 兩個(gè)結(jié)構(gòu)投影區(qū)域的TEM圖片；

(d) 兩個(gè)結(jié)構(gòu)橫截面的TEM圖片。

圖3 圖靈型聚酰胺膜的透水位點(diǎn)的空間分布

(a) 圖靈型聚酰胺膜的透水性與水鹽選擇性之間的關(guān)系；

(b) 金納米粒子的動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)和水在圖靈型聚酰胺膜的輸送示意圖；

(c-f) 投影區(qū)域TEM圖片顯示納米粒子在圖靈型聚酰胺膜上的表面沉積。

【小結(jié)】

本文證實(shí)在界面聚合反應(yīng)這一反應(yīng)-擴(kuò)散體系中，通過(guò)調(diào)節(jié)合適的初始反應(yīng)條件可以得到圖靈結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)表明高透水性位點(diǎn)的空間分布與納米尺度的圖靈結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。這些具有圖靈結(jié)構(gòu)的膜在透水性和水鹽選擇性方面具有出色的傳輸性能，能夠在未來(lái)的水凈化處理方面發(fā)揮重要作用。