從環(huán)境監(jiān)測到人體汗液電解質(zhì)分析都迫切地需求高靈敏、寬檢測范圍的高性能離子傳感器。傳統(tǒng)固體接觸離子選擇電極（SC-ISE）的電極膜電位與待測離子含量之間的關(guān)系符合能斯特公式，往往存在靈敏度較低的限制。尋求新機制來實現(xiàn)高性能離子傳感具有重要意義。蒸發(fā)驅(qū)動的水伏效應是近些年興起的新領(lǐng)域，它是利用水的蒸發(fā)驅(qū)動溶液流經(jīng)過具有交疊雙電層的功能化納米通道，在固-液界面相互作用下產(chǎn)生與溶液離子濃度相關(guān)聯(lián)的電壓和電流信號。因此，基于交疊雙電層納米通道的水伏器件理論上可以用于高性能離子傳感，然而目前研究主要聚集于提升水伏器件的產(chǎn)電性能，對其離子傳感特性的研究很少。
當前水伏器件的設(shè)計主要是通過制備高表面電位的材料，包括碳納米材料、金屬氧化物、MOFs、生物材料等來構(gòu)筑高離子選擇性的納米通道以提升器件的性能。然而，除了材料表面電位，由納米通道的離子選擇性還受到通道尺寸極大影響，且選擇性隨著通道尺寸的減小而提高。伴隨通道尺寸的減小，納米通道內(nèi)溶液的流動阻力卻會顯著增加，這會造成推動離子在通道頂端積累的動力減小，引起水伏器件性能的降低。在納米尺度下尋找通道的離子選擇性和流動阻力間的最佳平衡是實現(xiàn)高性能水伏器件關(guān)鍵科學問題。
針對上述關(guān)鍵科學問題，中科院蘇州納米所張珽研究員團隊報道了一種基于絲素蛋白的納米通道精準調(diào)控策略并將其應用于柔性可穿戴水伏離子傳感器。
該工作從構(gòu)效關(guān)系的角度通過精準調(diào)控納米通道尺寸和材料表面化學特性，實現(xiàn)了納米通道離子選擇性與流動阻力之間的最優(yōu)平衡，為高性能水伏離子傳感器件的設(shè)計提供了創(chuàng)新思路。該工作以Silk fibroin-regulated nanochannels for flexible hydrovoltaic ion sensing為題發(fā)表在Advanced Materials上。文章第一作者是中國科學院蘇州納米所碩士研究生葛長磊，李連輝副研究員和張珽研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金，中國博士后基金的支持。
文章鏈接：
Silk fibroin-regulated nanochannels for flexible hydrovoltaic ion sensing. Advanced Materials, 2023，DOI: 10.1002/adma.202310260.
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