近日，我校华南先进光电子研究院王耀教授在室温二氧化碳传感材料的研究方面取得重要进展，相关研究成果发表于国际期刊 《Journal of Materials Chemistry A》 （影响因子：11.9）上，题为“A Bio-Inspired and Switchable H⁺/OH⁺ Ion-Channel for Room Temperature Exhaled CO₂ Chemiresistive Sensing” （DOI: 10.1039/d3ta04685k）。课题组博士研究生陈弘浩为论文第一作者，王耀教授为论文通讯作者，我校为第一完成单位。

受光合作用过程中CO₂诱导植物气孔保卫细胞中慢阴离子通道（SLAC1）可逆激活机制的启发，采用γ-环糊精-MOF（γ-CD-MOF）构建离子通道宿主结构。然后，通过超分子组装将小分子罗丹明B（RhB）封装到宿主结构中作为客体分子，构建了新型CO₂控制的H⁺/OH^-离子通道（CSPH离子通道）。基于CSPH离子通道的传感器在室温下表现出优异的CO₂传感性能，包括高响应（R_g/R₀ = 1.5, 100 ppm）、良好的循环性（5次响应-回复循环）、高选择性、较好的长期稳定性（30天响应值衰减小于5 %）。此外，该CSPH离子通道的实际检测限（pLOD）为10 ppm，是目前已知MOF基化学电阻式CO₂传感器中最低的。作为应用尝试，该低pLOD传感器被用于人体呼出气CO₂的检测。结果表明，运动后人体呼出CO₂的平均响应值比运动前高出约12.78%。此外，这项工作还首次通过实验验证了COVID-19康复志愿者呼出的CO₂平均浓度比未患病的志愿者低约14.48%，这表明所获得的基于CSPH离子通道的CO₂传感器在便捷、低成本人体心肺功能评估方面具有广阔的应用前景。通过使用呫吨衍生物进行对照实验，研究了CSPH离子通道的CO₂感应机制。研究发现，高灵敏度归因于以下原理：(i)当CO₂浓度低于约60,000 ppm时，客体分子RhB可以提供足够的氢氧根离子与CO₂相互作用，因此会有大量氢氧根离子剩余，从而维持氢氧根离子传导机制。(ii)当CO₂浓度高于约60,000 ppm时，大部分氢氧根离子将被消耗，因此质子传导机制成为主导。这项工作为深入了解植物光合作用和开发仿生人工CO₂开关离子通道提供了新方法，也为呼气CO₂在肺部疾病诊断等方面的应用打下了基础。

周国富教授团队青年拔尖引进人才王耀教授带领的先进信息材料（AIM）课题组近三年在光、电、气体和温度等响应型功能信息和智能传感材料研究方面取得了一系列重要突破，先后在《Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》、《Small》、《Advanced Science》、《J. Mater. Chem. A》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《ACS Sensors》等国际主要学术期刊上发表20余篇原创性研究论文，提高了我校在功能信息和智能传感材料领域的国际影响力。

本研究工作得到了国家自然科学基金、“111计划”、广东省科技项目-国际合作、广东省光信息材料与技术重点实验室、广东省教育厅创新团队、和广州市科技计划等项目的支持。

以上突破性成果的取得，得益于我校高端人才引育政策和国家级国际科技合作平台的重要支撑，展现了我校师资培养工作以及基础学科研究的最新进展。

论文链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TA/D3TA04685K

撰稿人：陈弘浩