FUTURE | 远见 闵青云 选编
近日，Sci. Adv.在线发表了大连理工大学全燮教授课题组的研究论文，题目为「Comediation of voltage gating and ion charge in MXene membrane for controllable and selective monovalent cation separation」，论文的第一作者为Xu Wang和Haiguang Zhang。
在此研究中，作者报道了一种具有聚多巴胺（PDA）限域埃级通道的导电MXene膜，该膜响应电刺激以栅控单/单价阳离子选择性输运和分离。通过电栅控，可以控制单价阳离子的输运，从而实现离子输运的「开-关」转换。通过同时进行电压栅控和阳离子（Mg2+）调节，MXene-PDA膜表现出K+输运的「开-关」转换，与饱和甘汞电极（SCE）相比，在−1.1 V电势下，K+/Li+的选择性从8.7提高到40.9。分子动力学（MD）模拟表明，引入调控阳离子（Mg2+）改变了通道入口双电层（EDL）中的离子分布，使K+在通道入口优先于Li+分布，表面电势降低了K+的进入能垒，使K+能够优先可控地通过埃级通道输运。
图1 | 人工电压栅控离子通道的设计与制备。
图2 | MXene和MXene-PDA膜的表征。
图3 | 外加电压下MXene-PDA膜的栅控离子输运和选择性。
图4 | 离子选择性增强和离子选择性输运的开关响应。
图5 | 离子输运能垒和界面分布的MD模拟。
论文链接：
Wang, X., Zhang, H., Wei, G. et al. Comediation of voltage gating and ion charge in MXene membrane for controllable and selective monovalent cation separation. Sci. Adv., 2024, 10, eado3998. https://doi.org/10.1126/sciadv.ado3998
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