纳米限域空间中的竞争吸附与润湿性转变是地球与环境科学、能源开发及碳中和领域的核心科学问题。深入理解CO₂等气体分子在纳米限域条件下的吸附行为及其诱导的润湿性转变机制，对于优化提高石油采收率、CO₂地质封存等工业过程具有重要的理论指导意义和应用价值。然而，由于纳米限域体系的复杂性，从分子尺度到宏观力学的跨尺度关联一直是该领域研究的难点。

北京大学能源研究院章凯强研究员团队针对纳米限域中的竞争吸附与润湿性转变问题，通过整合分子模拟、实验表征和数学建模，对竞争吸附诱导的润湿性转变的分子机制进行了系统研究。

针对该团队对于纳米限域界面力学性质定量表征的研究需求，能谱分析平台利用多功能单分子力谱仪（AFM），开展了不同CO₂压力下石墨烯表面与修饰有正癸烷类似官能团的探针之间的粘附力实验。实验采用多步化学修饰将末端类似正癸烷的官能团固定在探针针尖上，利用环境控制样品腔精确调控CO₂压力条件，实现了纳米限域界面粘附力的精准测量。AFM实验数据与分子模拟结果相互印证，验证了CO₂诱导的润湿性转变机制，成功建立了从分子尺度相互作用到宏观力学性质的跨尺度关联。该成果以“Nanoconfined competitive adsorption and wettability transition”为题发表在Journal of Colloid and Interface Science期刊上。

图1 章凯强研究员团队研究成果截图