复旦大学孔彪教授团队采用界面超组装方法构建了一种由有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝（MTI/AAO）组成的新型异质纳米通道，它可以将传统纳米通道对离子运输的单一调节拓展到光和pH的多重调节，为智能纳流控器件的构建提供了一种新策略。

英文原题：Interfacial Superassembly of Mesoporous Titania Nanopillar-Arrays/Alumina Oxide Heterochannels for Light- and pH-Responsive Smart Ion Transport

通讯作者： 孔彪，复旦大学

作者：Xin Zhang, Lei Xie, Shan Zhou, Hui Zeng, Jie Zeng, Tianyi Liu, Qirui Liang, Miao Yan, Yanjun He, Kang Liang, Lei Zhang, Pu Chen, Lei Jiang, and Biao Kong 

生物体内的离子通道可以响应外界的刺激快速地打开或者关闭，以精确地调节通过细胞膜的离子运输，对人体的生命活动至关重要。近年来，各种功能各异的人工纳米通道应运而生，成为一个引人入胜的研究领域。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，仍是智能纳米通道目前亟待解决的问题。其中光和pH响应型纳米通道因其非入侵性的外场控制和智能的离子调控性质，为通道内离子运输的调控提供了便利，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。

孔彪教授团队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纳米通道，得益于合成过程中介孔二氧化钛从三维六方结构到介孔二氧化钛柱的结构转变过程，异质膜为离子运输提供了丰富的传输通道和相互作用界面，有望展现出优异的离子传输性能。

图1. 界面超组装策略制备得到的有序介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝异质纳米通道

制备得到的介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝异质纳米通道厚度均匀，表面呈现高度规整的介孔结构。其中呈锐钛矿晶型的介孔二氧化钛，结晶度高，具有灵敏的光电响应特性。丰富的离子传输通道和相互作用界面，赋予异质纳米通道高达219.2μA/cm²的光响应电流密度。此外通过改变光照波长和二氧化钛的煅烧温度，还可以实现对响应电流的可控调节，异质纳米通道在测试过程中表现出良好的稳定性和可重复性。

图2.介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝异质纳米通道受光调节的离子传输性能图

另外由于不对称的化学、静电和几何组成，这种不对称异质膜还呈现出二极管类型的非对称离子传输行为，这种整流性能可以通过pH诱导的表面电荷来进行调节。并在不同阳极氧化铝的孔径和pH值下，充分探究了异质纳米通道内的离子运输行为。

图3.介孔二氧化钛纳米柱阵列/阳极氧化铝异质纳米通道受pH调节的离子传输性能图

该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纳米通道。这种纳米通道结合了TiO₂独特的光电特性和AAO表面电荷可受pH调节的优势，在光和pH两种刺激下，实现对离子运输的智能调控，并表现出优异的灵敏度和稳定性，为开发可用于海水淡化、生物传感等领域的智能纳米流体装置提供了一种新思路。

相关论文发表在ACS Central Science上，张鑫为第一作者，孔彪教授为通讯作者。

孔彪教授 

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。

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ACS Cent. Sci 2022, ASAP

Publication Date: February 14, 2022

下载地址：https://doi.org/10.1021/acscentsci.1c01402