Super‐Assembled Lamellar Conductive Heterochannels with Optical‐Electrical Coupling Sensitivity for Smart Ion Transport

材料科学 石墨烯 光电子学 离子运输机 层状结构 导电体 纳米技术 离子 联轴节(管道) 聚吡咯 化学 有机化学 复合材料 冶金 聚合 聚合物
作者
Yaxin Guo,Xin Zhang,Shan Zhou,Qirui Liang,Hui Zeng,Yeqing Xu,Abuduheiremu Awati,Kang Liang,Dazhang Zhu,Mingxian Liu,Lei Jiang,Biao Kong
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202500116
摘要

Artificial nanofluidic devices for light‐driven ion transport in biological systems based on the photoelectric effect have attracted extensive attention in signal transduction and smart ion transport. However, effective separation of photogenerated carriers in traditional p‐n junction interface can be hindered by energy band structure of different semiconductor materials. Here, we present a novel approach using conductive polypyrrole (PPy) to modify GO, creating polypyrrole‐graphene oxide (PyGO) functional lamellar conductive nanochannels with tailored channel‐sized gradients and inherent optical‐electrical coupling sensitivity via a facile super‐assembly strategy. This design facilitates the PyGO own conductive lamellar channels and efficient separation of photogenerated carriers, resulting in significantly enhanced selective ion transport behavior. Coupling the conductivity and photosensitivity of PPy contributes to a peak power density of 14.1 W m‐2 under a salinity differential of 0.5/0.01 M NaCl, which is 35.6% higher than that under dark conditions. Additionally, combing the salinity gradients with optical‐electrical coupling sensitivity of the nanofludic devices, we demonstrate the application of PyGO in a real‐time detection device for monitoring ion concentrations in nutrient solutions, paving the way for smart irrigation systems in agriculture. This work presents a novel and effective strategy for light‐driven ion transport with potential applications in energy conversion and beyond.
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