Nature：利用“蓝色能源”的纳米发电机，还有魔性视频

很多人都知道太阳能、风能这些是“绿色能源”，但提到“蓝色能源（blue energy）”，熟悉的人就少了很多。蕴含在蓝色海洋中的“蓝色能源”其实并不玄妙，海水和淡水之间存在渗透压差，可用来发电，也是一种清洁可再生的产能方式。最近瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Jiandong Feng和Aleksandra Radenovic发明了一种纳米发电机，可以利用这种“蓝色能源”产生电能，相关论文发表在Nature上。如果说这篇论文的巧妙构思让人眼前一亮，那么EPFL随后介绍该文章的视频简直就是充满魔性，亮瞎小编的双眼……但这里卖个关子，只放个视频截图（视频在文末），咱们正经的看看论文工作先。

图片来源：EPFL

利用压力梯度或者盐浓度梯度产生的渗透势来驱动电解质通过窄孔的电动力学现象，称作“流动电势（streaming potential）”。由于水穿透膜的能力和膜的厚度成反比，因此二维材料制备的薄膜在利用“流动电势”发电方面就展现出了极大的优势。而在二维材料中，由于MoS₂具有丰富的亲水表面位点，且具有比石墨烯更好的水运输性能，因而显得更有潜力。Feng和Radenovic等人利用“流动电势”这一现象，发明一种在单层二硫化钼（MoS₂）薄膜上引入纳米孔道的方法，从而构建出一种渗透压纳米发电机，其能量密度可高达10⁶ W m^-2，这相当于1平方米大小的薄膜产生的电能可以点亮5万盏左右的节能LED灯。（Single-layer MoS₂ nanopores as nanopower generators. Nature, 2016, DOI: 10.1038/nature18593）

首先，研究人员通过KOH湿法刻蚀的方法制备出20 nm厚的SiNx基底膜，通过光束照射在此基底膜上凿出一个50-300 nm的开口，再利用气相沉积法使MoS₂ 在此开口处生长并悬挂，从而制备出单层的MoS₂ 薄膜。其次，研究人员通过TEM电子照射或者电化学氧化法在单层的0.65 nm厚的MoS₂ 薄膜上引入直径2-25 nm的纳米孔道（Figure 1）。

Figure 1. 含有直径5 nm孔道的单层MoS₂薄膜。图片来源：Nature

得到理想的单层MoS₂薄膜之后，研究人员利用此膜将储存有不同浓度KCl溶液的容器分隔开（Figure 2）。不同盐浓度的溶液在纳米孔道两侧即产生渗透压，从而驱动离子通过纳米孔道。纳米孔道表面上的负电荷则根据电荷极性，筛选并只允许带正电荷的离子通过，从而形成正电荷渗透离子流，电流强度可以通过Ag/AgCl电极对测量。

Figure 2. MoS₂薄膜将不同浓度的KCl溶液分隔开。图片来源：Nature

研究人员表示，正因为MoS₂膜的厚度仅仅为原子级别，由盐浓度梯度形成的渗透压产生了较大的电流强度，在实验中可以得到高达10⁶ W m^-2的能量密度。

Figure 3. 利用渗透压发电。图片来源：Nature

业内对单个纳米孔作为微/纳米电源使用已早有预期。研究人员在文中还实验了将该纳米级别的渗透压发电机作为一个自供电纳米系统的纳米电源，他们制造了一个高性能单层MoS₂晶体管（图4），使用了两个纳米孔对晶体管的漏极和栅极施加电压，成功地构建了一个自供能纳米系统。

Figure 4. 自供能纳米系统示例。图片来源：Nature

好了，正经工作介绍完了，接下来就是亮瞎眼的魔性介绍视频。（有多少人直接跳到文末看视频的，举个手？）

建议在WIFI下观看视频

视频来源：EPFL

（小编表示现在耳朵里仿佛还能听到“滋滋~~滋滋~~滋滋~~”）

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature18593.html

（本文由Shuye供稿）

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