ChemSusChem：构筑具有高电荷分布孔道的二维纳米薄膜用于高性能渗透能转化

随着人类社会的持续发展，全球能源需求不断的增加，在不破坏环境的前提下为人类社会创造可持续的能源未来愈发变得重要。作为一种从盐度梯度中获取电能的技术，渗透能转化得益于环境友好，储量巨大和易于获取等优点已经成功地引起了大量研究人员的关注。其中，以二维纳米材料为代表的一类薄膜材料，借助简单的真空抽滤，能够通过薄片与薄片的紧密堆积形成亚纳米尺度的有序孔道。这些孔道能够在渗透能捕获领域中大放异彩。然而，受限于形成孔道的本征尺寸较小，制备获得的膜材料在盐度梯度下往往以牺牲良好的离子渗透性来保证较高的离子选择性，不可避免的导致高性能渗透能捕获受限。

基于上述背景，来自Institute for Frontier Materials（IFM），Deakin University的LEI Weiwei 教授团队采用模板法制备了具有高电荷分布孔道的二维纳米薄膜材料。在人造海水和人造淡水浓度梯度下，该体系表现出接近 5 W m^-2的最大输出功率密度，远远高于原始薄膜的性能。与此同时，该膜具有优异的水稳定性和化学稳定性，在长循环条件下，表现出良好的离子透过性和离子选择性。更重要的是，通过尝试不同的电解质来源，该体系的最大输出功率密度可以达到~34 W m^-2。该团队将薄膜表现出的高性能渗透能捕获归结于引入了具有负电官能团的聚合物电解质溶液以及扩展的纳米孔道的协同作用。其中，前者能够与毗邻的纳米薄片形成双电层的重叠保证离子选择性，而后者又在一定程度上促进了离子的渗透性。

总而言之，该研究不仅开发了一种高性能渗透能捕获的二微纳米材料薄膜材料，更为用于其他离子分离相关领域的薄膜设计提供了新思路。

论文信息

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