质子传输对细胞信号传导、表面催化和质子交换燃料电池等领域都具有重要意义。传统的质子传输测量方法主要是电化学电导率法，但此方法不能在纳米尺度上直接可视化质子的传输路径。发展新的时空分辨技术解析质子传输过程是非常必要的。

近日，浙江大学冯建东团队开发了一种新型质子传输成像方法，提供了在光学空间分辨和毫秒时间分辨下可以同时捕获质子传输的路径和动力学过程的一项研究工具。

作者首先建立了一种基于荧光识别质子对其进行空间成像的方法并在成熟的纳米孔离子传输体系系统性论证了该方法可用于质子传输成像。此外，作者还发现了一个现象：在施加负向电压时，荧光信号并没有消失，而是的随着负向电压增大而沿着横向传输。

为了进一步探究上述现象，作者使用FIB技术在薄膜上直接制备出质子亲水性传输界面，实现了在不同路径图案上质子传输的动态光学成像。产生这奇特现象的原因是当施加负向电压时，电场驱动trans端的质子向纳米孔处迁移，随着负压越大过剩质子无法立即离开纳米孔而在孔周围聚集并沿着亲水性图案结构发生横向传输，图案被点亮。质子沿膜横向传输是电场驱动质子发生迁移、聚集和扩散等因素的综合结果。

除了以空间分辨率显示质子传输的路径外，光学方法还提供了毫秒时间分辨率来研究质子传输的动力学过程。利用文献中的质子传输动力学理论模型，作者进行了进一步的动力学分析，得到了相关动力学信息。该方法可为研究质子传输现象提供一种时空分辨的工具。

论文信息：

Dynamic optical visualization of proton transport pathways at water-solid interfaces

Jinmei Yang,Yuxian Lu,Lei Jin,Chunxiao Zhao,Yuang Chen,Yang Xu,Fanfan Chen,Jiandong Feng

文章第一作者是浙江大学的博士后杨金梅和卢禹先。

Angewandte Chemie International Edition 

DOI: 10.1002/anie.202112150