【钾电池】ACS Nano：Mxene膜，钾的自发和选择性传输

生物离子泵针对浓度梯度选择性地输送目标离子，这一过程对维持细胞的非平衡状态至关重要。 而构建一种具有离子选择性的离子泵一直是一个挑战。

近日， 上海交通大学Jiayan Luo，Anping Dong，中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所Jun Gao 将Ti ₃ C ₂ T _x  Mxene薄膜呈梯形悬浮在空气中，可以自发地从基端向尖端泵送K ⁺ 离子，K ⁺ /Na ⁺ 选择性为4。这一现象归因于Mxene的一系列性质。

文章要点

1 ） 由于Mxene在水中的高度稳定性和蒸发与溶胀之间的动态平衡，当其两端连接到储集层时，薄膜保持了较窄的 ∼ 0.3 nm的层间距。由于Mxene纳米片的极性电子结构和亲水性，当K ⁺ 离子进入这些狭窄的层间距时，经历了 ∼ 4.6 k _B T的低能垒。

2 ） 通过定量模拟和一致的实验结果，进一步表明，窄间距对Na ⁺ 表现出更高的能垒，导致K ⁺ /Na ⁺ 的选择性。最后，研究人员证明了自发离子输运是由层间水在薄膜上的不对称蒸发驱动的，这一机制类似于压力驱动的流动电流。

这项工作展示了如何通过调节纳米流体材料的宏观形状来轻松地操纵离子传输性质，这可能会引起人们对kirigami技术和纳米流体界面的兴趣，并显示出在能源和分离应用方面的潜力。

参考文献

Junchao Lao, et al, Spontaneous and Selective Potassium Transport through a Suspended Tailor-Cut Ti ₃ C ₂ T _x  MXene Film, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c01304

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01304