中科院福建物构所王瑞虎/徐刚课题组在多孔有机聚合物膜研究中取得新进展

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质子传导在生物体系中普遍存在，研发能够直接监测和调控质子传输的器件对于生物过程监控、仿生模拟和人机界面构建等具有重要意义。质子场效应晶体管（质子-FET）由于能直接监测质子电流并通过调控栅压对质子电流进行有效调控，发展新型质子传导材料并用于质子-FET器件是生物信息领域亟需要解决的问题。

多孔有机聚合物(POPs) 具有比表面积大、孔隙率高、稳定性好、结构模块化等优点，是一种极具应用前景的微质子载体储层。POPs可以预先设计具有丰富的亲水位点，形成有利于质子跳变的氢键网络。考虑到这些结构优势，可以制备具有高质子载流子迁移率和浓度的POPs，从而获得高质子电导率。最重要的是，在适当的反应条件下，通过合理选择模块化，可以很容易地将POPs加工成不同形状和尺寸的膜。多孔有机聚合物膜(POPM)的机械性能本质上与生物系统的性能兼容，因此可以简单方便地制造出质子晶体管器件。因此，POPM在生物化学事件和电子信号的转导方面具有广阔的前景。然而，POPM作为质子FETs的应用还没有报道。

图1-a) POPM的准备示意图。b) TAPB、DSAB和POPM的FTIR光谱。c) POPM在不同温度范围的TGA曲线。d)固体13C NMR谱和e) POPM‐干凝胶的N2吸附等温线;插图为孔径分布。

在国家重点研发项目（2017YFA0206802）、国家自然科学基金（21822109, 21773245和21603228）、福建省自然科学基金（2019J01128）和中科院战略性先导科技专项（XDB20000000）的资助下，中科院福建物构所结构化学国家重点实验室王瑞虎课题组和徐刚课题组报道了柔性多孔有机聚合物膜（POPM）的质子-FET。通过1,3,5-三(4-氨基苯基)苯和对苯二硫脲的缩合反应制备了一类POPM，其丰富的网络结构和广泛存在的氢键能够有效的锁住 H3PO4分子，具有高的质子导电性。该柔性材料通过器件加工，成功制出基于POPM的质子-FET器件。其质子迁移率高达5.7×10-3 cm2 V-1·s-1, 通过增加栅压可以将POPM质子浓度从4.3×1017cm-3调节为14.1×1017 cm-3。研究结果表明POPM作为质子-FET的通道材料具有优异的器件性能，为生物信息材料的研究开拓了新思路。相关研究成果已发表在Adv. Mater. 2020, 32, 2000730）。该论文第一作者为钟鸿助理研究员和吴国栋博士。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202000730

来源：福建物构所 

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