Light-Powered Directional Ion Transport via PFN-Br/MoS2 Heterogeneous Membranes: Band Alignment and Activation Energy Barrier Engineering

材料科学 离子 光电子学 离子运输机 活化能 纳米技术 化学工程 物理化学 遗传学 量子力学 生物 物理 工程类 化学
作者
Min Zhou,Xiaoyan Jin,Meijuan Jia,Di Quan,Biying Liu,Yan Wei,Xiang‐Yu Kong,Liping Wen,Lei Jiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (30): 39321-39329 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c05901
摘要

Biological photoresponsive ion transport systems consistently attract researchers’ attention owing to their remarkable functions of harvesting energy from nature and participating in visual perception systems. Designing and constructing artificial light-driven ion transport devices to mimic biological counterparts remains a challenge owing to fabrication limitations in nanoconfined spaces. Herein, a typical conjugated polyelectrolyte (PFN-Br) was assembled onto a laminated MoS2M using simple solution-processing vacuum filtration, resulting in a heterogeneous three- and two-dimensional nanoporous membrane. The designed band alignment between PFN-Br and MoS2 enables effective directional ion transport under irradiation in an equilibrium solution, even against a 30-fold concentration gradient. The staggered energy structure of PFN-Br and MoS2 enhances charge separation and establishes a photogenerated potential as the driving force for ion transport. Additionally, the activation energy barrier for ion transport across the heterogeneous membrane decreased by 60% after light irradiation, considerably improving ion transport flux. The easy fabrication and high performance of the membrane in light-powered ion transport provide promising approaches for designing nanofluidic devices with possible applications in energy conversion, light-enhanced biosensing, and photoresponsive ionic devices.
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