论文DOI：10.1021/acscentsci.1c01402 刺激响应型纳米通道因其对离子运输的精确调控能力，在各个领域引起了广泛的关注。本工作展示了一种由有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝(MTI/AAO)组成的新型异质膜，它可以实现光和pH多调节的智能离子传输。这种光和pH多刺激响应性纳米通道具有优异的光响应电流密度，将传统纳米通道对离子运输的单一调节扩展到了智能的多重调节。生物体内的离子通道可以响应外界刺激，精确地调控跨细胞膜的离子运输，在人体的生理活动中起着至关重要的作用。受生物体内离子通道的启发，各种功能各异的人工纳米通道应运而生，其中刺激响应型纳米通道因其对离子运输的精确调控能力，在各个领域引起了广泛的关注。然而，较差的可控性和功能性以及只对一种外部刺激做出响应，仍然阻碍了智能纳米通道的发展。目前，人们已经报道了多种能对单一的外界刺激(如pH、电压、温度和光) 做出响应的人工纳米通道，而能对多种外界刺激做出响应的纳米通道仍需要更加充分的研究。其中光和pH响应型纳米通道由于其非侵入性的外场控制和智能的离子响应特性而受到了广泛的关注，因此构建一种能对光和pH两种外界刺激做出响应的双功能智能离子运输器件具有重要意义。本文构建了一种由有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝组成的新型异质膜，它可以实现光和pH多调节的智能离子传输。研究人员采用界面超组装策略，通过模板的自组装、胶束在AAO上的界面超组装、TiO2的纳米结构转变，制备得到了MTI/AAO膜。具有锐钛矿型晶体的MTI层的存在使异质膜具有219.2μA·cm−2的优良的光响应电流密度。此外，具有不对称结构的MTI/AAO异质膜，由于pH调节的表面电荷极性可以实现电流整流极性的反转。这种光和pH多刺激响应膜实现了高效、灵敏和稳定的离子调节，将传统的纳米通道从单一调节扩展到智能的多重调节，为构建智能纳流控器件提供了新的见解。研究人员采用采用界面超组装策略，制备得到了一种有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝组成的异质膜，在合成过程中MTI经历了从三维六方结构到介孔二氧化钛柱的结构转变过程，有望提供丰富的离子传输通道和相互作用界面，从而实现优异的离子传输。制备得到的MTI/AAO膜表面平整光滑，厚度均一，具有规整有序的孔结构。其中MTI呈现锐钛矿晶型，结晶度高，有望实现在不同波长紫外光可调控的离子运输。MTI/AAO不对称异质膜结合了MTI和AAO的特性。具有有序介孔结构和良好结晶度的锐钛矿型MTI层提供了灵敏的光电响应。并且，MTI层丰富的离子传输通道和相互作用界面使其具有高达219.2μA·cm−2的光响应电流密度。此外，其光响应电流还可以通过改变光照波长和煅烧温度进行可控调节，异质膜在测试过程中具有良好的稳定性和可重复性。▲图4. MTI/AAO异质膜受pH调节的离子运输
不对称的化学、静电和几何组成还赋予了这种MTI/AAO不对称异质膜良好的整流性能，这种整流性能可以通过pH诱导的表面电荷来进行调节。研究人员在不同阳极氧化铝的孔径和pH值下，对异质纳米通道内的离子运输行为进行充分地研究。这项工作采用界面超组装策略，制备了有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝组成的新型异质膜。这种纳米通道结合了AAO表面电荷可受pH调节的优势和TiO2独特的光电特性，可以受到光和pH两种外部刺激的调节，表现出优异的稳定性、可逆性和灵敏度，为开发用于海水淡化、生物传感等领域的智能纳米流体装置开辟了道路。孔彪，国家重点研发计划首席科学家、国家高层次人才专家、上海市高层次人才专家、复旦大学研究员/博士生导师、国家工程实验室副主任。主要开展超组装SAFs智能材料与器件制备集成，面向超组装软界面仿生材料设计及组装、软界面智能传感与探测芯片集成、新型微型化可植入感知器件构建、新型微型化可植入新能源器件构建的研究和应用开发，致力于为传感检测、软界面电子光电子器件、仿生软界面储能器件等领域提供高效可持续的软界面智能材料及器件。目前已发表包括Nature Chem., Science Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.在内的SCI论文120余篇，总被引10000余次，H指数43。获上海市优秀发明选拔赛金奖、科技部重点专项优秀青年奖、联合国工发组织科学技术进步奖、上海市自然科学一等奖、孔子教育基金会优秀科学家奖、中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）一等奖、上海市青少年发展创新市长奖、中国教育部“博士研究生学术新人奖”、“陶氏化学可持续发展创新奖”一等奖、澳大利亚Monash大学优秀博士论文校长奖、宝钢教育基金会特等奖等。任国际Frontiers系列刊物副主编，《中国化学快报》Chinese Chemical Letters（CCL）以及Mater Today Sustainability编委。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.1c01402
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