Juan Pelta, Nathalie Jarroux, Benjamin Cressiot, Mauro Chinappi, Fanny Bétermier, Laurent Bacri, Giovanni Di Muccio, Blasco Morozzo della Rocca, Jean-Marie Tarascon, Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire Analyse, Modélisation et Matériaux pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE - UMR 8587), Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY), Università degli Studi di Roma Tor Vergata [Roma], ANR-17-CE09-0044,EPSILOMICS,Système de puces nanofluidiques pour le dosage de biomarqueurs en quantité epsilon dans les échantillons biologiques humains(2017), Chaire Chimie du solide et énergie, Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Research on batteries mostly focuses on electrodes and electrolytes while few activities regard separator membranes. However, they could be used as a toolbox for injecting chemical functionalities to capture unwanted species and enhance battery lifetime. Here, we report the use of biological membranes hosting a nanopore sensor for electrical single molecule detection and use aqueous sodium polysulfides encountered in sulfur-based batteries for proof of concept. By investigating the host-guest interaction between polysulfides of different chain-lengths and cyclodextrins, via combined chemical approaches and molecular docking simulations, and using a selective nanopore sensor inserted into a lipid membrane, we demonstrate that supramolecular polysulfide/cyclodextrin complexes only differing by one sulfur can be discriminated at the single molecule level. Our findings offer innovative perspectives to use nanopores as electrolyte sensors and chemically design membranes capable of selective speciation of parasitic molecules for battery applications and therefore pave the way towards smarter electrochemical storage systems. The design of advanced batteries relies on careful control of molecular interactions. Here, a protein nanopore, inserted into a lipid membrane, is shown to discern supramolecular polysulfide/cyclodextrin complexes differing by a single sulfur atom, a concept that might be used to design membrane separators in batteries.