传统的光电探测器主要通过电子处理和传输工作，即光激发半导体材料电子空穴的分离，产生电信号，从而实现光电信号转换。然而，在智能生命体中，信号的产生和传递是依靠离子信号和电子信号的协同作用。因此，如何实现离子型光电探测器，进而实现人工智能和智能生命的高度契合是未来面向人工智能社会的重要环节。近日，德国马普胶体界面研究所的Markus Antonietti（点击查看介绍）课题组和江雷院士（点击查看介绍）课题组合作，通过制备不对称氮化碳纳米管膜，实现了基于离子传输的自供电光电探测器。
在其前期制备可控氮化碳（g-C3N4）纳米结构的基础上（Nat. Commun., 2019, 10, 74.；Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10123-10126.），研究人员通过简单的气相沉积方法，以氧化铝为模板制备出了结构不对称的纳米管。研究发现，该离子型光电探测器可以实现稳定的高选择性的光传感，并且具有自供电的特点。该器件工作的原理和传统光电期间类似：即光诱导的电子空穴分离。其独特之出在于将半导体氮化碳构筑成不对称纳米管结构，从而引入简单的离子溶液，当光照诱导氮化碳电子和空穴的分离后，就会驱动孔道内离子的可控传输，进而实行离子电信号。
图1：基于不对称氮化碳纳米管膜的离子型光电探测器示意图。光照诱导氮化碳电子和空穴的分离，然后驱动孔道内离子的可控传输，进而实行离子电信号。
尽管传统的光电探测器相比，其响应速度略慢（50 ms），但却在生物无机界面领域具有潜在的用途。该器件中的溶液体系为下一步将其和生物体（如细胞）相连接提供了良好的接触保障，以及优异的生物相容和结构可塑性，从而为用“离子语言”和生物体直接对话提供了良好的基础。
相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，第一作者为肖凯。
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Photo-Driven Ion Transport for a Photodetector Based on an Asymmetric Carbon Nitride Nanotube Membrane
Kai Xiao, Bin Tu, Lu Chen, Tobias Heil, Liping Wen, Lei Jiang, Markus Antonietti
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201907833
导师介绍
Markus Antonietti
https://www.x-mol.com/university/faculty/73373
江雷
https://www.x-mol.com/university/faculty/26748
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