質子通道兼具高滲透性與高選擇性的特性，這一特性在酸回收和發電等眾多應用領域備受期待卻始終未被人工材料超越。鑒于此，中國科學院青島生物能源與過程研究所Jun Gao、Lijun Yang、山東科技大學Bo Wang等受生物質子通道結構與表面化學啟發，開發出由高性能人工質子通道組成的共價有機框架（COF）膜。
本文要點：
（1）這種該膜通過刻意設計為非晶態結構，消除了大部分納米級孔隙并產生高空間位阻效應；同時通道表面修飾的氫供體基團使質子能夠快速跳躍傳輸。有趣的是，水合質子的存在會進一步阻礙其他離子傳輸，從而產生質子選擇性的自放大效應。
（2）該膜對有毒重金屬離子的質子選擇性高達104，顯著超越商業酸回收膜的性能，其滲透性與生物質子通道相當（達到數mol m–2 h–1）。這種膜材料可通過簡易擴散滲析工藝從工業廢鹽水中回收酸液且無有毒離子泄漏風險，同時利用質子擴散釋放的熵能進行發電，其功率密度優于大多數已報道的滲透能收集膜。
Min Jian, Xuan Ding, Qi Li, Yongye Zhao, Bo Wang, Lijun Yang, Lei Jiang, and Jun Gao
ACS Nano Article ASAP
DOI: 10.1021/acsnano.4c16985
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16985
