中科院江雷、周亞紅&吉林大學姜振華Science 子刊：高強Janus三維多孔膜成為“藍色能源”的高效捕手

Alisa 5年前 (2018-11-06) 4697瀏覽

【前言】

隨著當今世界的快速發展，能源已經成為人類社會賴以生存和發展的基礎。然而傳統的化石能源至今仍存在著不可持續、生態破壞等諸多問題。開發利用新型的可持續發展的清潔能源勢在必行，是世界發展的共同議題。

海水中蘊藏著巨大的能量，又稱藍色能源，鹽差能就是其中典型的一種，廣泛存在于江河的入海處。早在1954年，R.E Pattle教授就預言，當海水和淡水在界面混合時，由于鹽度不同，海水對于淡水存在滲透壓以及稀釋熱、吸收熱、濃淡電位差等濃度差能，且該能量可以被收集及轉化。目前地球上存在著26億千瓦可利用的鹽差能，被認為是一種比較有利用前景的藍色能源。

【成果簡介】

中科院理化所江雷研究員組及周亞紅博士在離子鹽差發電方面開展了系列工作，今日與吉林大學化學學院特塑中心的姜振華教授團隊合作。通過分子功能性精確設計，制備了一系列表面電荷極性/電荷密度可調的功能化聚芳醚的離子型聚合物。基于此，作者制備了系列Janus三維納米多孔膜，并將其利用于濃差發電，做“藍色能源”的納米轉化器。通過混合模擬海水和河水濃度的離子溶液，實現了2.66 W/m2的功率密度，并在更高濃差下實現了5.1 W/m²的高功率密度。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。這一成果以題為“Unique Ion-Rectification in Hypersaline Environment: A High-Performance and Sustainable Power Generator System”在線發表于Science Advances。(DOI: 10.1126/sciadv.aau1665?)。第一作者是吉林大學在讀博士朱軒伯。

該工作通過分子控制實現了對三維多孔膜孔隙率及電荷密度的調控，多孔膜的孔徑基本維持一致，并且通過簡單的方法實現系列Janus膜的大面積制備。該系列膜都表現出良好的離子選擇和整流性能，高的電荷密度打破了濃度對于整流的限制，避免了內部損耗，使得Janus膜在能差發電器件方面有非常不錯的表現。基于聚芳醚本身穩定的分子結構，Janus膜也展現出優異的穩定性。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。

這項工作已被新華社、科學雜志社亮點報道，且諸多國內外多家媒體對此工作進行評論，推進了在鹽差發電領域對于限域空間內離子傳輸和功能化聚芳醚材料設計的基本理解，拓寬了功能化特種工程高分子的應用前景，為設計和制備新型、高效的可持續清潔能源器件奠定了基礎，展現出巨大應用潛力。

【圖文導讀】

Figure 1. Janus膜的制備和結構示意圖。