近日，Nature Communications在线报道了我校机械与动力工程学院张博威特聘研究员等题为“Nanofluidic sensing inspired by the anomalous water dynamics in electrical angstrom-scale channels”的研究论文，报道了课题组在二维纳米限域传感领域的研究进展，通过提出一种通过结合外界电场和离子掺杂快速、精确调控二维通道内限域分子动力学，建立了针对传感选择性与响应/恢复速度的精准调控策略。
图片说明：论文相关信息
气湿敏传感器被广泛应用于现代工业、环境监测、农业、医疗和日常生活等领域。课题组针对当下气湿敏传感器仍存在无法及时捕捉气体浓度的变化且在检测低浓度分析物时灵敏度较低等问题，无法满足极端环境中的应用需求，创新性提出一种二维流体限域传感策略，采用一种具有分层结构的二维过渡金属碳化物（Ti3C2 MXene）提供二维敏感通道，通过结合金属阳离子和电场操纵的概念同时优化传感器的响应和恢复速度。研究人员结合分子动力学模拟、第一性原理计算、多物理场仿真以及原位光谱实验等多重手段，发现低电流会导致水分子极化，从而引起限域水在二维通道内的有序密集排列，而高电流会诱导限域水解离而聚集成大分子簇，堵塞二维通道；通过电场和阳离子调控，促使二维限域水在三种结构类型之间的平衡转变：单体 ⇋ 二聚体 ⇋ 团簇。该策略能够快速调节限域分子在二维通道中的传输动力学，有望在传感、水处理、气体分离、能源存储与转换等领域产生广泛应用。
图片说明：电场调控二维限域水结构演化与二维限域传感性能优化
该研究工作以铁算算盘4905香港为通讯单位。我校机械与动力工程学院博士研究生褚天舒为论文的第一作者，张博威特聘研究员和轩福贞教授为论文的共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金创新群体、国家自然科学基金面上及青年项目、上海市基础研究特区等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51877-7
