超薄的具有离子选择性的异质膜用于高性能的盐差能转换

面临化石燃料的逐渐枯竭，可再生能源的开发对人类的生产生活起着至关重要的作用。位于海水和河水间的盐差能的利用在近年来引起了广泛关注，当海水和河水被具有离子选择性的隔膜隔开时，其中的吉布斯自由能可以通过选择性的离子扩散转化为电能。传统的离子选择性隔膜主要是基于商用的离子交换膜材料，他们普遍较厚，离子阻抗较大，导致跨膜离子通量低，盐差发电能量密度不高。

针对此问题，近日中国科学院理化所闻利平（点击查看介绍）研究团队与北京航空航天大学高龙成（点击查看介绍）课题组合作在《美国化学会会志》（J. Am. Chem. Soc.）上发表了题为“超薄的具有离子选择性的异质膜用于高性能的盐差能转换”的论文。通过先进的高分子合成技术，研究人员首先设计并且合成了一种新型的嵌段聚合物分子PEO-hv-PMA(Chal)（图1），该功能分子同时含有光交联基团，经过一系列处理后，可以形成超薄自支撑的多孔纳米通道薄膜。

图1. 嵌段共聚物PEO-hv-PMA(Chal)

通过与另一种功能性的多孔膜杂化，成功制备了具有非对称结构的超薄异质膜，该复合膜表现出了良好的阴离子选择性，同时有着很高的离子通量。在500倍浓度梯度下，盐差发电能量密度可以达到3.8 W/m²。当作者混合真实的海水与河水，能量密度可以达到2.04 W/m²。研究人员推测，通过优化膜结构与组成，能量密度可以提高至少一个数量级。

该工作得到了国家自然科学基金与国家重点研发计划的大力支持。

图2. 异质膜用于高性能的盐差能转换

该论文作者为：Zhen Zhang, Xin Sui, Pei Li, Ganhua Xie, Xiang-Yu Kong, Kai Xiao, Longcheng Gao, Liping Wen, Lei Jiang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Ultrathin and Ion-Selective Janus Membranes for High-Performance Osmotic Energy Conversion

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8905–8914, DOI: 10.1021/jacs.7b02794

导师介绍

闻利平

http://www.x-mol.com/university/faculty/26749

高龙成

http://www.x-mol.com/university/faculty/19062