武汉理工大学张鹏超研究员/北京师范大学蒋亚楠副教授 Angew：具有贯穿型亚纳米通道的混合基质膜用于选择性离子电导

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动植物实现了对众多生理过程的智能操纵，其中发挥着重要作用的是细胞膜上的离子通道可以选择性地调控离子进出细胞。受生物离子通道启发，构筑类细胞膜结构的人工纳流平台，实现高选择性、高通量的离子传输意义重大，也面临着极大挑战。

图1. 具有穿透型亚纳米通道MMMs的制备示意图

近期，在中国科学院理化技术研究所江雷院士、北京师范大学毛兰群教授、武汉理工大学陈文教授的指导下，武汉理工大学张鹏超研究员和北京师范大学蒋亚楠副教授合作，发展了一种软基底辅助的刮涂制膜新技术，制备了具有贯穿型亚纳米通道的混合基质膜，实现了高通量、选择性一价金属离子传输。该混合基质膜由致密的聚酰亚胺基体和贯穿于其中的普鲁士白微米颗粒组成。通过与硬玻璃基底制备的传统膜对比，发现软基底辅助的方法制备的膜结构具有更好的穿透性能，如图2所示，这主要归因于PDMS基底的柔软特性和固有的弹性变形能力，使得PW微立方体颗粒可以穿透致密的PI基体，从而为离子传输提供了更多更有效的亚纳米通道。

图2. 两种MMMs形貌的表征

作者进一步对两种MMMs的离子传输特性进行分析，发现穿透的PW@PI MMMs具有更优异的一/二价金属离子选择性和渗透性（图3）。其中K⁺/Mg²⁺的离子选择性高达14.0，测试直径为5 mm时，K⁺的离子电导可达45.5 µS。这项工作为开发具有穿透型纳米多孔材料的MMMs提供了新途径，将为解决离子/分子分离、生物传感和能量转换方面的应用提供了新思路。该工作以 “Mixed Matrix Membrane with Penetrating Subnanochannels: A Versatile Nanofluidic Platform for Selective Metal Ion Conduction” 为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。文章第一作者是武汉理工大学硕士研究生李晨，通讯作者是武汉理工大学张鹏超研究员和北京师范大学蒋亚楠副教授。该研究得到国家自然科学基金委员会和科技部的支持。

图3.穿透型MMMs提高了金属离子筛分性能

该工作是团队在“滴液成膜”—基于液滴超铺展的高性能聚合物薄膜制备新技术相关研究的最新进展之一。传统湿法聚合物薄膜制备技术通常是通过施加外力等手段促使液滴铺展形成液膜，存在能耗高、液膜不可控、难以精准调控等问题。为此团队基于凝胶表面准液态特性提出了液/凝胶限域界面液滴超铺展新原理，开发了基于液滴超铺展的高性能聚合物薄膜制备新技术（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3615；Adv. Sci. 2019, 6, 1900996），实现了仿贝壳层状结构超强纳米复合膜（Nature 2020, 580, 210）和功能性聚合物薄膜的大面积连续制备（Adv. Mater. 2020, 32, 1907413；Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1600615）。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202215906

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