项目名称: 光响应分子非对称修饰及协同调控纳米通道离子输运性能研究

项目编号: No.21471012

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 范霞

作者单位: 北京航空航天大学

项目金额: 85万元

中文摘要: 能源和环境危机已成为摆在全人类面前最亟待解决的问题。向自然学习是能量转换新材料和新器件发展的永恒主题。植物光合作用是亿万年进化中最高效的自然过程,其原理在于将具有不同功能的分子及集合体衔接成一个系统。然而,已有的仿生光响应纳米通道是基于对单种分子的研究,难以实现更多更复杂的光响应性功能。受光合作用启发,本项目以绿色环保、性能稳定的沙漏形氧化铝纳米通道为研究对象,在孔道内非对称修饰两种光响应分子,利用异质分子结构和响应特性的协同互补,引起光照下孔道内电荷密度、极性或分布发生变化,导致离子输运性能改变,实现基于构型变化/光电转换、协同光电转换作用原理的智能化纳米通道,并进一步产生非对称光与pH双响应的孔道开关。获得比使用单种光响应分子的纳米通道更加系统及优异的离子输运性能,这将为开发和设计仿生纳米通道能量转换器件提供新材料和新原理。

中文关键词: 光响应;协同调控;非对称修饰;纳米通道;离子输运

英文摘要: Energy and environmental crises have become the most urgent problems in human society. Learning from nature is the eternal theme of the development of novel energy conversion materials and devices. Through hundreds of millions years of evolution, photosynthesis of plants exhibits almost the best efficiency of natural process, which is dependent on the complex system that composed by the integration of the molecules and assemblies with different functions. However, each previously constructed biomimetic light-responsive nanochannel is only focused on studying one kind of molecules and endowing these artificial nanochannels with greater intelligence is still a challenging task. Inspired by photosynthesis, the environment-friendly hourglass shaped alumina nanochannels with stable performane would be firstly constructed for asymmetric modifiying of light-responsive molecues, which would induce the heterogeneous surface/interface on inner walls for exhibiting the cooperative effect of the structure and function of the molecules. Under light irradiation, the surface chare intensity, polarity or distribution would be altered of the modificated alumina nanochannel inner walls, which would regulated the ionic tranported properties. Based on these behaviors, we would succeed in developing the smart nanochannels that based on the coopertive responsive principle including configuration-change/photoelectircal-conversion and synergistic photoelectircal-conversion effect, and further producing the light- and pH-gating channels over the asymmetirc dual control. The more system and excellent ionic transport performance would be obtained in this project than the using of one kind of light-responsive molecule modified nanochannels. This project could provide new materials and principles for the development of novel biomimetic nanochannel energy conversion devices.

英文关键词: Light responsive;Cooperative regulation;Asymmetric modification;Nanochannels;Ionic transport

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