化学势降低是离子自发扩散的方向。利用外场使离子逆化学势迁移（即离子泵浦）能够实现对外部能量的存储与转换，对于发展新型的能量转换与存储器件至关重要。绿色植物类囊体膜中的质子泵能够利用太阳光将基质中的质子逆化学势梯度泵浦到类囊体腔中，在膜两侧形成质子梯度，为三磷酸腺苷的合成提供能量。光合作用中的离子泵能够启发人们设计出与自然离子泵相媲美的光动力人工离子泵。然而，目前的光动力人工离子泵几何结构复杂、离子通量低以及机械强度弱，开发新型的光动力人工离子泵具有重要的意义。

北京航空航天大学的刘兆阅副教授、刘克松教授以及肖天亮博士合作，以电化学聚合的具有阳离子选择性的导电高分子膜为关键材料，通过在膜表面施加可见光照，实现了光动力的人工离子泵浦，用于离子的逆化学势迁移。

聚吡咯是一种典型的共轭导电聚合物，在可见光区具有本征的光电性能。氧化聚吡咯膜中的阳离子聚合物链可静电吸附聚阴离子，从而使导电高分子膜表面带负电。采用电化学聚合方法，在金网格基底表面沉积聚苯乙烯磺酸根阴离子掺杂的聚吡咯导电高分子膜。通过调控电化学聚合参数可连续调控金网格的孔径大小。带负电荷的磺酸根基团使导电高分子膜具有阳离子选择性。

在上述导电高分子膜的一侧施加可见光照射。聚吡咯导电高分子中的光致电荷分离使膜两侧的电位不同，产生一个横跨导电高分子膜的自建电场。该光生电场为阳离子的逆化学势梯度传输提供动力，表现出光动力的离子泵浦效应。理论模拟进一步证实了阳离子的离子泵浦过程。减少浓度梯度或增加光照强度能够优化导电高分子膜的离子泵浦性能。该工作为构筑光动力人工离子泵提供了新的策略，在纳米流体能量转换与储存、离子输运调控以及人工光合作用等方面具有潜在的应用。

论文信息：

Light-Powered Ion Pumping in a Cation-Selective Conducting Polymer Membrane

Dr. Xiaoyan Nie,Dr. Ziying Hu,Dr. Tianliang Xiao,Li Li,Jiao Jin,Prof. Kesong Liu,Prof. Zhaoyue Liu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202201138