近日，我校先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室王金凤教授团队张守伟博士在《Journal of the American Chemical Society》上以Communication发表题为“Addressing Challenges in Ion-Selectivity Characterization in Nanopores”的高水平研究论文（https://doi.org/10.1021/jacs.4c00603）。武汉纺织大学为论文第一署名单位，论文第一作者为国家地方联合工程实验室张守伟博士。美国圣母大学（University of Notre Dame, USA）Merlin L. Bruening教授和中国地质大学（武汉）夏帆教授为通讯作者。

离子选择性是生物蛋白孔和仿生固态纳米孔的重要特征，是设计生物传感、离子筛分、渗透能转换等器件的理论基础。定量分析纳米孔的离子选择性对设计和提高其性能至关重要。相对于其他的测量方法，膜电位法因其独特的优点而被广泛应用。膜电位法需要利用Nernst或Goldman−Hodgkin−Katz（GHK）方程去解释测量的跨膜电势从而得到离子选择性，然而这些公式的传统形式并没有体现跨膜电势的方向性，在实际计算中研究者通常使用跨膜电势的绝对值去计算离子选择性，这就需要知道纳米孔道的表面电性去判断其选择运输的离子，解释公式计算的离子选择性。此外，研究者通常选择Nernst或Goldman−Hodgkin−Katz（GHK）公式去计算离子选择性，而忽略了这两个公式的前提假设，错误的理解公式计算的有效选择性，并在不同的测量条件下比较不同器件离子选择性。

图2. Nernst或Goldman−Hodgkin−Katz（GHK）方程的“电极”形式和实验验证

针对以上的挑战，该研究首先提出了Nernst或Goldman−Hodgkin−Katz（GHK）方程的“电极”形式，将测量实验中的电极信息融入到公式，以电极表示跨膜电势和浓度梯度的方向，建立起了离子选择性、跨膜电势（包括方向）和浓度梯度的关系，解决传统公式形式不能用于未知纳米孔道离子选择性计算的问题。通过实验验证，该电极形式不仅适用于阴阳离子选择性的计算，也适用于阳离子之间、阴离子之间选择性的计算。同时，文章通过实验、计算模拟和公式推导相结合的方法阐述了这两个公式的差异，揭示了跨膜电势和公式计算离子选择性的物理化学意义，并提出定量分析比较纳米孔离子选择性的建议，为设计高性能的纳米孔器件提供理论依据和指导。

    张守伟博士毕业于法语天主教鲁汶大学（Université catholique de Louvain, Belgium），先后在美国圣母大学（University of Notre Dame, USA）和中国地质大学（武汉）从事博士后研究工作。2022年加入先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室王金凤教授团队，从事功能性纤维材料在能量转换方面的研究。以第一作者在J. Am. Chem. Soc., Matter, Anal. Chem., Nanoscale, Macromolecules 等国际期刊发表SCI论文10余篇。