生物离子通道在生命体的正常生理代谢过程中发挥着重要作用，例如：低pH条件能够激活M₂流感病毒的质子通道，实现质子的快速传导；体外实验结果也表明，该通道蛋白相较于其他阳离子（包括碱金属离子）表现出优越的质子选择性（~10⁵）。受此启发，科研工作者不断尝试各种材料致力于高质子选择性的仿生通道材料开发。

近日，中国科学院理化技术研究所闻利平研究员、孔祥玉研究员和西北工业大学化学与化工学院田威教授合作，设计并合成了四醛基功能化双苯并-14-冠-4-醚（TDDB14C4），将冠醚作为柔性功能骨架通过席夫碱反应，构筑了仿生自支撑二维冠醚基聚亚胺膜并用于选择性质子传输，该冠醚基膜材料实现了超高的选择性质子传输性能，H⁺/Li⁺选择性比值高达215。

作者使用设计的TDDB14C4和对苯二胺，通过席夫碱反应可以快速制备大面积、连续无缺陷、高杨氏模量（~8.2 GPa）、且厚度可调的冠醚基聚亚胺（CEP）薄膜。另外，聚合物薄膜的厚度可以通过TDDB14C4单体浓度进行调节（80~300 nm）。

利用电流-电压（I−V）曲线研究CEP膜的离子传输行为，H⁺能够大量的通过CEP膜,而Li⁺则被抑制。在不同电压下，H⁺/Li⁺的选择性值均大于175。

为了探索该体系选择性质子传输的潜在机制，作者对比了芳基骨架替换冠醚基团制备的聚亚胺纳米薄膜（无冠醚结构）与CEP膜在不同恒压下（0.1 M电解质溶液）的离子传输行为，实验所得H⁺/Li⁺、H⁺/Na⁺和H⁺/K⁺的结果表明了冠醚基团在高选择性质子传输中的重要作用。

此外，作者通过核磁滴定实验在分子水平上探索了冠醚基团在质子选择性传输中的作用：在质子和水存在条件下，冠醚与水分子存在氢键相互作用、冠醚与质子发生分子间氢键相互作用形成氢键-水网络及骨架上质子化的亚胺形成的连续氢键-水网络促使质子快速传输；当碱金属离子存在时，冠醚与碱金属离子相互作用（Li⁺ > Na⁺ > K⁺）形成络合物，使骨架呈现正电性，并通过道南效应排斥后续进入体系的碱金属离子，从而拖曳并抑制碱金属离子的传输。本工作为大环、空腔或孔结构分子组装为致密的、自支撑取向膜材料提供了新的设计思路，并有望应用于离子、分子精准筛分等领域。