华体会体育（中国）HTH·官方网站陈夏超博士在光驱动离子传输领域取得新进展

近日，华体会体育（中国）HTH·官方网站材料科学与工程学院陈夏超副研究员在光驱动离子传输领域取得最近进展，通过借鉴脊椎动物视细胞的超微折叠膜形态，设计出一种超结构光驱动离子传输异质结。相比于传统的平面异质结，这种超结构异质结具有更优异的光驱动离子传输性能，有望为下一代高性能离电感光器件提供了核心部件。相关工作以《Superstructured Optoionic Heterojunctions for Promoting Ion Pumping Inspired by Photoreceptor Cells》为题发表在国际纳米科学高水平期刊《ACS Nano》上，陈夏超副研究员为唯一通讯作者。

人眼视觉系统、植物光合作用和细菌视紫红质等生理体系能实现光信号到离子传输信号的转换，自然界中这种精准高效的光离子效应使得光响应性人工纳流体薄膜备受关注，对应的光离子器件有望在生物传感、能源存储和转换等领域实现新的突破。然而，人工纳流体薄膜光能利用的效率普遍较低，亟待新的策略改善光驱动离子传输过程。受硅藻、蝴蝶和视细胞中天然光捕获微纳结构的启发，该研究提出通过将微纳结构引入到二维离子通道薄膜的拓扑形貌以增强薄膜对光的吸收利用，并有望改善离子传输性能，同时构筑半导体异质结构以促进光生载流子的高效分离，增强光离子效应。

该研究采用共形层层自组装策略构建超结构光离子异质结薄膜。电化学测试结果表明超结构设计能改善离子传输，而这种异质结构对薄膜离子选择性和离子传输几乎不产生负面影响。光电化学测试结果表明这种异质结构能显著增强光离子效应并实现定向的离子传输。超结构设计相对常规平面设计在光电流上可提升89.5%，还可以通过电解质种类和浓度、入射光波长和光强进行调控，并实现逆浓度梯度的离子传输。本研究揭示了薄膜拓扑形貌在光驱动离子跨膜传输中的意义，这种超结构异质结设计可以扩展到其他光离子器件，以开发用于能量转换和传感的高性能人工离子泵。