通过关闭和打开离子通道，电鳗能够将离子浓度梯度转化为电能。受电鳗的启发，人们已经设计了相当多的具有高离子选择性和传输效率的人工亚纳米离子通道来获取不同盐度离子溶液之间的渗透能量，但构建智能的亚纳米离子通道来有效地传输离子仍然是一个巨大的挑战。

近日，受电鳗可控纳米通道的启发，莫纳什大学王焕庭教授，北京航空航天大学朱英教授在AAO膜作为铝源和模板的存在下，采用原位生长的方法设计了由螺吡喃包埋的MIL-53 MOF（SP-MIL-53）组成的可光开关离子门控亚纳米通道。

文章要点

1）研究发现，由于螺吡喃(SP)在紫外光的作用下可逆地异构化为开放的花菁(MC)，因此紫外光照射可以有效地控制SP-MIL-53的离子转移和表面电荷密度。

2）结果表明，SP-MIL-53膜表现出光敏离子门控行为，在10 mM KCl溶液中的开关比高达16.2。此外，由于水合离子直径最小和K+离子迁移率较快，SP-MIL-53亚纳米通道在紫外光照射下，在50倍KCl梯度下产生了8.6 W m⁻²的高功率密度。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，在紫外光照射下，SP-MIL-53亚纳米通道中K+离子的迁移率常数(3.61×10⁻²)高于无紫外光照射时(2.33×10⁻²²)。

这种SP化修饰的MOF亚纳米通道的设计策略简单且通用，可以获得用于渗透能量产生的光控离子门。

参考文献

You Liu, et al, Photo-controllable Ion-Gated Metal−Organic Framework MIL-53 Sub-nanochannels for Efficient Osmotic Energy Generation, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c05498

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05498