生物离子通道由于其零电流关闭状态而表现出强大的门控效应。然而，人工纳米通道的门控能力通常不及生物通道，主要是因为较大的纳米孔无法完全阻止关闭状态下的离子传输。

在这里，中科大Zhen Zhang展示了基于固态氢键有机框架的膜，以实现高性能环境湿度控制的质子门控，通过切换质子传输途径而不是依赖传统的离子阻塞/激活效应来实现。

文章要点

1）密度泛函理论计算表明，框架内湿度诱导水桥的可逆形成和破坏有助于将质子传输模式从吸附位点跳跃切换到 Grotthuss 机制。

2）这种转变，加上引入细菌纤维素来增强水簇的解吸/吸附，能够实现高达 5740 的卓越质子门控比，超越最先进的固态门控设备。

3）此外，所开发的膜完全基于固态原理运行，使其具有从环境检测到人体健康监测等多种应用的多功能性。

这项研究为高效质子门控系统的设计提供了前景。

参考文献

Lei, D., Wang, Y., Zhang, Q. et al. High-performance solid-state proton gating membranes based on two-dimensional hydrogen-bonded organic framework composites. Nat Commun 16, 754 (2025).

DOI：10.1038/s41467-025-56228-8

https://doi.org/10.1038/s41467-025-56228-8