柔性离子通道在具备高机械强度的同时还能实现定向离子传输，这有望带来许多重要的智能应用。本文，齐鲁工业大学孙加振 副教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Direct-Write Printing Flexible Ion Channels with Graphene Oxide/Tannic Acid/Cellulose Nanofibers”的论文，研究通过冷冻干燥工艺，将由氧化石墨烯（GO）、单宁酸（TA）和纤维素纳米纤维（CNF）组成的复合墨水直接打印成GO/TA/CNF多孔结构（PS）。凭借羟基（-OH）、羧基（-COOH）和酚羟基（Ar-OH）的负电荷， 该长3 cm、宽3 cm、厚7 μm的GO/TA/CNF多孔结构（PS）在具有1000倍盐度梯度的KCl溶液中，实现了0.13 V的最大电位和26.7 A/m²的最大电流密度。同时，还实现了36.98%的能量转换效率以及不同的阳离子传输行为。
GO/TA/CNF 光电电池的氢键网络由 GO、TA 和 CNF 之间的 -OH 与 -COOH 分子间相互作用形成，该网络能够通过氢键的弹性模量吸收外力并恢复至原始结构。在 152.7 MPa 的拉伸力下，该电池在保持结构完整性的同时展现出恒定的输出电流。在0.2 mm–1的曲率下经过104次弯曲循环后，输出功率密度仅变化了0.9%。同时，在酸性或中性溶液中浸泡35小时后，输出电流保持不变；在碱性溶液中浸泡35小时后，电流变化幅度控制在6%以内。此外，该柔性离子通道可应用于可穿戴电子设备，作为可穿戴能源装置或体液电解质监测器。
在本研究中，通过直接写入打印氧化石墨烯（GO）/单宁酸（TA）/纤维素纳米纤维（CNF）多孔结构（PS），研究了柔性离子通道的制备，以实现高效的定向离子传输和高力学强度。通过将TA、CNF和GO整合为复合墨水，结合冷冻干燥工艺，直接写入打印出了各种理想形状的GO/TA/CNF多孔结构。TA、CNF和GO的协同效应可优化GO/TA/CNF多孔结构的层间距及其负电荷分布，从而实现定向离子传输。凭借羟基（-OH）、羧基（-COOH）和酚羟基（Ar-OH）的负电荷， 长3 cm、宽3 cm、厚7 μm的GO/TA/CNF PS在具有1000倍盐度梯度的KCl溶液中，实现了0.13 V的最大电位和26.7 A/m²的最大电流密度。同时，该材料还实现了36.98%的能量转换效率以及不同的阳离子传输特性。凭借其氢键网络结构，GO/TA/CNF光电传感器展现出结构完整性，输出电流保持稳定，机械强度达152.7 MPa。在曲率范围为0.2 mm–1的条件下进行104次弯曲测试后，输出功率密度仅变化0.9%。浸入酸性或中性溶液35小时后，电流值亦保持不变。此外，作为具有理想形状和串联电池单元的可穿戴能源设备，GO/TA/CNF PS展现出卓越的应用效果。同时，作为可穿戴体液电解质监测器，GO/TA/CNF PS还具备实用的尿液和汗液快速检测能力。因此，本研究展示了一种制备柔性离子通道的可扩展策略，该策略可满足流体科学和质量交换科学中的关键需求。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.6c10835
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