二维纳米通道在分子分离膜、能量转化装置等重要领域具有极大的发展前景,而这些应用都源于二维纳米通道内部流体特殊的传输行为。分子在纳米通道内部的传输和扩散方式决定了这类纳米器件的性能,故而一直备受关注。已有的研究方法只能测得纳米通道上游和下游中扩散物质的浓度变化或扩散速率等宏观的数据,难以探测到通道内的分子扩散行为以及扩散过程中扩散物与通道壁之间的相互作用。针对此研究难点,本论文利用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)法实时原位探测了溶剂分子在纳米通道内的扩散行为,并取得了如下进展:1.建立了用于动态跟踪溶剂分子在氧化石墨烯(GO)膜内纳米通道中扩散行为和扩散过程的实时原位ATR-FTIR方法。经乙二醇在GO膜中的扩散实验验证可知,该方法所得结果不仅与传统重量法一致,而且具有很好的可重复性,同时还可以原位监测扩散过程中溶剂分子与GO之间相互作用情况。证明此方法用于探究溶剂分子在GO膜内二维纳米通道中的扩散行为是可行且可靠的。2.利用所建立的实时原位ATR-FTIR法动态跟踪了N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙二醇与环己烷四种有机溶剂在GO膜内二维纳米通道中的扩散过程,通过计算得到了溶剂在GO膜内的扩散系数,顺序为:DMF>DMSO>乙二醇>环己烷,结果表明极性有机溶剂在GO膜中的扩散系数随着两者之间相互作用的增强而减小。同时,通过对比溶剂在本体状态和扩散过程中的红外光谱,发现受限在二维纳米通道的溶剂分子与本体溶剂中分子的聚集状态是不同的。如当DMSO扩散进入到二维纳米通道中时,纯DMSO中原本的二聚体发生解离,DMSO分子在受限的纳米通道中主要以单体形式存在。3.基于上述实时原位ATR-FTIR法,同时探究了DMF和乙二醇以不同摩尔比例混合的混合溶剂中两种分子各自在GO膜内二维纳米通道中的扩散过程,发现DMF的扩散过程中出现明显的延迟时间,而乙二醇在扩散过程中会出现“超调现象”。另外,DMF的加入会明显提高乙二醇的扩散速率;而加入乙二醇的摩尔含量≤50%时会提高DMF的扩散速率,若乙二醇的摩尔含量>67%时则会降低DMF的扩散速率。这是因为二维纳米通道壁和乙二醇的相互作用强于通道壁和DMF的相互作用,而且DMF会破坏乙二醇分子间的相互作用。