南师大研究人员在纳米孔领域取得重要研究进展

近日，南京师范大学化科院古志远教授课题组在纳米孔领域取得重要研究进展。相关成果以“Nonlinear Ion Transport through Ultrathin Metal–Organic Framework Nanosheet”为题发表在AdvancedFunctional Materials《先进功能材料》上。

固态纳米孔技术是近十年新兴的分析检测技术，其利用目标物通过纳米孔时引起的离子流变化，对目标物进行高时空分辨分析。该方法具有高精密度和高精确性的特点，可应用于蛋白质分析、DNA测序、智能仿生材料和能源转化等领域。纳米孔中离子传输的理论研究不仅有助于深入理解细胞膜上的离子通道，而且可应用于仿生或者能源转化领域。

二维材料在纳米孔的制备上有其独特的优势，由于其厚度薄、表面可制备孔径并可进行化学后修饰等特性比三维材料有更好的利用前景。目前研究领域内，二维材料主要有石墨烯、二硫化钼、氮化硼、PET等，这些报道揭示了纳米限域范围内自然界中特殊的物理化学现象。但是目前的多数材料需要在膜表面进行精确的制孔操作，制备过程繁琐昂贵，对人员专业要求高，所以在一定程度上限制了固态纳米孔的发展。而二维金属有机骨架材料（2-D MOFs）是新兴发展的片层材料，由于其本身具有多孔结构的特性，而且其种类繁多，很容易进行后修饰和孔径的改变，具有着很好的研究前景。目前已经有MOFs应用到固态纳米孔领域进行离子传输的研究，而在超薄二维MOFs纳米片中尚未有突破。

近日，南京师范大学的古志远教授课题组，采用本身具有多孔性的2-D MOFs作为固态纳米孔，提出基于电泳的MOFs纳米孔制备新方法，发现了MOFs纳米孔内非线性离子传输现象，并通过改变亲疏水性和孔径进行机理研究，最后以COMSOL多物理场模拟进行机理验证。

首先通过电击穿打孔的方式在SiNx上制备纳米孔作为基底，其次利用自下而上的方式直接合成了二维Zr-BTB-BA纳米片，利用电泳方式构建MOFs纳米孔的研究平台。通过改变溶液的酸碱性，发现了在不同的酸碱条件下，纳米孔内的离子传输受到电荷作用和疏水作用的共同影响。在酸性条件下材料的疏水作用为主，导致了小电压范围内电流-电压（I-V）曲线平台的出现，且存在小幅度的离子整流；而在碱性条件下材料的电荷作用为主，电性发生改变，同时导致了离子整流的反转和增强。对比不同调剂合成的二维Zr-BTB-FA、Zr-BTB-PABA纳米片的亲疏水性，进一步验证了I-V曲线上平台的出现是纳米孔的疏水作用所引起，而电荷作用导致整流现象的发生。最后利用COMSOL模拟进一步研究了纳米孔内阴阳离子的传输行为，两种离子在不同电压极性时贡献电流有很大的差异，从而导致离子整流现象的发生。超薄MOFs纳米片非线性离子传输研究不仅对于理解纳米孔中传输机理有重要的意义，更对纳米孔在离子检测等实际应用中有着不可替代的作用。

南京师范大学化科院2017级硕士研究生张琦是该论文的第一作者，2016级本科生曹沛生、2017级本科生程悦参与了该论文的研究工作，南京师范大学为唯一通讯单位，古志远教授为通讯作者。

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