隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，全球能源需求持續(xù)攀升，而傳統(tǒng)化石能源不僅儲(chǔ)量有限，而且排放的溫室氣體對(duì)環(huán)境造成巨大壓力。滲透能，即利用淡水與咸水之間的濃度差產(chǎn)生的能量，作為一種清潔、可再生的“藍(lán)色能源”，備受研究者的關(guān)注。在膜基提取滲透能的技術(shù)中，反向電滲析作為一種領(lǐng)先的方法，可以直接將這種“藍(lán)色能源”轉(zhuǎn)化為電能。然而，現(xiàn)有的2D納米材料表面電荷密度調(diào)節(jié)方法對(duì)于反向電滲析應(yīng)用仍然缺乏有效性，導(dǎo)致離子選擇性不足、功率密度有限和膜耐久性差等問(wèn)題。
近日，復(fù)旦大學(xué)的孔彪教授，同濟(jì)大學(xué)的朱大章教授、劉明賢教授和西安交通大學(xué)的謝磊教授等合作，巧妙地結(jié)合缺陷工程與界面超組裝策略，制備了一種VOLDH/CNF-CNT的離子通道復(fù)合膜。這種膜由富含氧缺陷位的鎳鈷層狀雙氫氧化物（NiCoLDH）與纖維素納米纖維包裹的碳納米管（CNF-CNT）組成，通過(guò)氫鍵實(shí)現(xiàn)界面超組裝，形成了具有豐富埃級(jí)離子通道結(jié)構(gòu)。作者進(jìn)一步將其應(yīng)用于智能離子傳輸和高性能滲透能轉(zhuǎn)換。
VOLDH/CNF-CNT離子通道復(fù)合膜不僅具有出色的離子選擇性，而且在人工海水與河水的鹽度梯度條件下，展現(xiàn)出了高達(dá)5.35 W/m2的功率密度，是原始NiCoLDH膜的近四倍。此外，該膜還表現(xiàn)出了對(duì)pH值和溫度的敏感性，通過(guò)調(diào)整這些外部條件，可以進(jìn)一步優(yōu)化其性能。 作者進(jìn)一步采用DFT理論計(jì)算證明，缺陷工程處理能夠調(diào)控LDH的電子結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)其表面電荷，進(jìn)一步影響其在通道內(nèi)的離子傳輸和吸附特性。與CNF-CNT的界面超組裝能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)特的埃級(jí)離子通道和通道內(nèi)增大的表面電荷，這不僅提供了豐富的離子傳輸路徑，同時(shí)最大限度地增強(qiáng)了它們?cè)谑芟迬缀蝺?nèi)的離子-壁之間的界面相互作用，導(dǎo)致高性能的選擇性離子傳輸特性。 在該工作中，孔彪教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于新型的缺陷工程和界面超組裝調(diào)控表面電荷的策略，并將其引入到離子通道膜設(shè)計(jì)和構(gòu)筑中。該策略不僅為高效轉(zhuǎn)換滲透能提供了新的解決方案，也為其他先進(jìn)納米流體能源設(shè)備的發(fā)展提供了新思路。 論文信息 Interfacial Super-Assembly of Vacancy Engineered Ultrathin-Nanosheets Toward Nanochannels for Smart Ion Transport and Salinity Gradient Power Conversion Abuduheiremu Awati, Ran Yang, Ting Shi, Dr. Shan Zhou, Xin Zhang, Hui Zeng, Prof. Yaokang Lv, Prof. Kang Liang, Prof. Lei Xie, Prof.?Dr. Dazhang Zhu, Prof. Mingxian Liu, Prof. Biao Kong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202407491
