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Angewandte Chemie:一种结构和功能可精确调控的离子二极管

在自然界生命体内,生物蛋白质通道通过精确调控物质的传输来参与各种生命活动,如信号传递、电位调控、物质输运、能量转换和存储等。受此启发,人们仿生制备了多种智能固态纳米通道并将其应用于能量转换、手性分离、基因测序等领域。但是现有的固态纳米通道依然难以实现类似生物蛋白质通道精确调控离子传输的功能,如方向可控的离子整流性质、大小可调的离子门控性质等,也因此制约着人工纳米通道的进一步发展和应用。中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学实验室的闻利平研究员与合作者针对这一难题制备了一系列结构可精确调控的固态纳米通道,通过控制通道不同部位的表面电荷,构筑了离子输运性质精确可控的离子二极管。

Angewandte Chemie:一种结构和功能可精确调控的离子二极管由于固态纳米通道的结构和表面电荷性质是控制离子传输的主要因素,中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学实验室的闻利平研究员与合作者首先从生物体中不同形状的生物蛋白质通道入手,采用非对称化学刻蚀的方法,通过控制刻蚀温度、刻蚀液浓度以及刻蚀时间,制备了一系列结构可精确调控的仿生固态纳米通道。该纳米通道主要由三部分组成:大口端的锥形区域,中间的柱形区域和小口端的锥形区域。通过对不同区域进行功能化修饰,改变其表面电荷性质,实现了方向可控的离子整流和大小可调的离子门控功能。进一步借助Poisson-Nernst-Planck方程仿真模拟,验证了通道结构和表面电荷协同控制的离子传输机理,同时也为进一步应用奠定了良好的理论基础。该体系在纳米流体的构筑,可控药物释放,电池隔膜等领域具有潜在的应用价值。


相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201704137)上,文章第一作者为中科院化学研究所肖凯博士,文章链接为https://doi.org/10.1002/anie.201704137,或直接点击左下角阅读原文按钮进行阅读。

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