An artificial sodium-selective subnanochannel

选择性 化学 离子 离子通道 渗透 离子运输机 有机化学 生物化学 受体 催化作用
作者
Jun Lü,Gengping Jiang,Huacheng Zhang,Binbin Qian,Haijin Zhu,Qinfen Gu,Yan Yuan,Jefferson Zhe Liu,Benny D. Freeman,Lei Jiang,Huanting Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (4): eabq1369-eabq1369 被引量:77
标识
DOI:10.1126/sciadv.abq1369
摘要

Single-ion selectivity with high precision has long been pursued for fundamental bioinspired engineering and applications such as in ion separation and energy conversion. However, it remains a challenge to develop artificial ion channels to achieve single-ion selectivity comparable to their biological analogs, especially for high Na + /K + selectivity. Here, we report an artificial sodium channel by subnanoconfinement of 4′-aminobenzo-15-crown-5 ethers (15C5s) into ~6-Å-sized metal-organic framework subnanochannel (MOFSNC). The resulting 15C5-MOFSNC shows an unprecedented Na + /K + selectivity of tens to 10 2 and Na + /Li + selectivity of 10 3 under multicomponent permeation conditions, comparable to biological sodium channels. A co–ion-responsive single-file transport mechanism in 15C-MOFSNC is proposed for the preferential transport of Na + over K + due to the synergetic effects of size exclusion, charge selectivity, local hydrophobicity, and preferential binding with functional groups. This study provides an alternative strategy for developing potential single-ion selective channels and membranes for many applications.
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