廈大ACS Nano: 納米通道界面設計在能源利用領域的應用

納米通道在限域空間內具有獨特的離子輸運性質，因此在高分辨感應和高效能源應用領域具有重要前景。然而納米通道制備過程復雜，成本較高，易污染以及能源效率低等缺點制約了納米通道在能源轉換、能源節約以及能源回收等方面的應用。開發工藝簡單、成本較低和高能源利用率的納米通道是發展清潔可再生能源的方式之一。納米通道內表面物理化學性質對離子輸運有重要影響，將納米通道界面設計應用于能源利用中，是提高能源利用效率的重要手段之一。

近日，廈門大學化學化工學院侯旭教授領導的科研團隊，在ACS Nano上發表題為 “Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization”的Perspective。本文評述了納米通道界面設計在能源轉換、能源節約、能源回收方面的應用。動電效應和鹽差效應是通過在雙電層中離子輸運將其他能量轉換為電能。表面電荷密度和有效孔徑的調節會影響能量轉換效率。滑移界面的構建和將液體門控概念引入納米通道中有助于節約能源。在海水脫鹽電容去離子化系統中，界面設計的最優化將提高能量回收效率。

該課題得到了國家自然科學基金委（項目批準號：21673197, 21621091, 51706191），青年海外高層次人才引進計劃第十二批“千人計劃”青年項目，高等學校學科創新引智計劃（項目批準號：B16029）和廈門大學校長基金（項目批準號：20720170050）等資助與支持。

【圖文導讀】

圖1 納米通道界面設計在能源領域的應用

左上：壓力驅動液體通過納米通道，導致雙電層中離子流動，產生電流，從而將機械能轉換為電能；

右上：在濃度梯度下，離子自發從高濃度向低濃度擴散，將吉布斯自由能轉換為電能；

左下：通過在界面修飾離子型表面活性劑，在內表面構建滑移界面。壓力驅動而產生的電流與界面上離子型表面活性劑的移動有關；

右下：優化設計的界面能夠提高海水脫鹽電容去離子化系統能源回收效率。

【小結】

納米通道界面設計是提高能源利用效率、推動納米通道能源利用實際應用的方式之一，例如壓力驅動能源轉換器件，鹽差能源轉換池和脫鹽裝置。新興的界面修飾策略，例如仿生界面設計、動態液體界面設計以及對稱/非對稱界面設計可以實現界面的功能化，為納米通道在能源利用領域開辟新的途徑。

文獻鏈接：Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization?(ACS Nano, 2018, DOI:?10.1021/acsnano.7b07923)

課題組主頁：http://xuhougroup.xmu.edu.cn/

本文由廈門大學侯旭教授團隊供稿。

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