隨著人類社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，全球能源需求不斷的增加，在不破壞環(huán)境的前提下為人類社會(huì)創(chuàng)造可持續(xù)的能源未來(lái)愈發(fā)變得重要。作為一種從鹽度梯度中獲取電能的技術(shù)，滲透能轉(zhuǎn)化得益于環(huán)境友好，儲(chǔ)量巨大和易于獲取等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成功地引起了大量研究人員的關(guān)注。其中，以二維納米材料為代表的一類薄膜材料，借助簡(jiǎn)單的真空抽濾，能夠通過(guò)薄片與薄片的緊密堆積形成亞納米尺度的有序孔道。這些孔道能夠在滲透能捕獲領(lǐng)域中大放異彩。然而，受限于形成孔道的本征尺寸較小，制備獲得的膜材料在鹽度梯度下往往以犧牲良好的離子滲透性來(lái)保證較高的離子選擇性，不可避免的導(dǎo)致高性能滲透能捕獲受限。
基于上述背景，來(lái)自Institute for Frontier Materials（IFM），Deakin University的LEI Weiwei 教授團(tuán)隊(duì)采用模板法制備了具有高電荷分布孔道的二維納米薄膜材料。在人造海水和人造淡水濃度梯度下，該體系表現(xiàn)出接近 5 W m-2的最大輸出功率密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始薄膜的性能。與此同時(shí)，該膜具有優(yōu)異的水穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在長(zhǎng)循環(huán)條件下，表現(xiàn)出良好的離子透過(guò)性和離子選擇性。更重要的是，通過(guò)嘗試不同的電解質(zhì)來(lái)源，該體系的最大輸出功率密度可以達(dá)到~34 W m-2。該團(tuán)隊(duì)將薄膜表現(xiàn)出的高性能滲透能捕獲歸結(jié)于引入了具有負(fù)電官能團(tuán)的聚合物電解質(zhì)溶液以及擴(kuò)展的納米孔道的協(xié)同作用。其中，前者能夠與毗鄰的納米薄片形成雙電層的重疊保證離子選擇性，而后者又在一定程度上促進(jìn)了離子的滲透性。
總而言之，該研究不僅開(kāi)發(fā)了一種高性能滲透能捕獲的二微納米材料薄膜材料，更為用于其他離子分離相關(guān)領(lǐng)域的薄膜設(shè)計(jì)提供了新思路。
論文信息
Two-Dimensional Membranes with Highly Charged Nanochannels for Osmotic Energy Conversion
Yijun Qian, Dr. Dan Liu, Guoliang Yang, Jinqiu Chen, Yuxi Ma, Dr. Lifeng Wang, Prof. Xungai Wang, Prof. Weiwei Lei
ChemSusChem
DOI: 10.1002/cssc.202200933
