核物理与核技术国家重点实验室在功能性纳米核孔研究中取得新进展

最近，核物理与核技术国家实验室王宇钢教授课题组通过与中科大及中科院化学所的合作开发出了能够对温度和酸碱度等多种环境刺激分别进行响应的单纳米核孔功能器件。这种具有温度和pH敏感的门控及整流特性的人工离子通道与生物体系中一类被称为内向整流钾通道的生物孔道具有一定程度的相似性。日前，相关研究工作在《Advanced Functional Materials》 (Adv.Funct.Mater. 2010, 20, 3561) 上正式发表。这项工作是该课题组及其合作者在2008-2010年报道了一系列对环境信号的变化具有刺激-响应特性的单纳米孔道器件的研究工作(J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8345; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7800; Chem. Commun. 2010, 46, 1682; ChemPhysChem 2010, 11, 859. (cover story))基础上的新进展。

2010年初，该课题组曾经在《Advanced Functional Materials》(Adv.Funct.Mater. 2010, 20, 1339) 发表了浓度梯度驱动的纳流体离子电流源的实验和理论研究。这项工作模拟了电鳗鱼这类具有强生物电转换能力的生物体系的放电过程，首次实现了通过具有离子选择性的纳米核孔将溶液中以离子浓度梯度形式存在的化学能转化成为可以利用的电能，实验上功率密度达20－260 mW/cm2，比传统的利用离子交换膜实施的盐差发电高2-3个数量级。相关研究工作发表于材料领域权威杂志。审稿人一致认为“这是一项非常有意思的工作，它提供了一种极其精巧的方法用于将化学能转变为电能”。