存在于海水和淡水之間的鹽差能被譽(yù)為是“藍(lán)色能源”，是一種清潔、可持續(xù)的能源，這種能源可再生、對(duì)環(huán)境無污染、零排放，并且與風(fēng)能、太陽能等相比，鹽差能不會(huì)受到天氣、地理位置等客觀因素的影響，更加適合人類的發(fā)展。據(jù)報(bào)道，**可利用的海水與河水的鹽差能高達(dá)2.6 TW，大約占據(jù)**能源需求的20 %。我國海域遼闊，入海的江河眾多，徑流量巨大，蘊(yùn)藏著豐富的鹽差能資源。如何利用海洋與陸地河口交界水域的鹽度差所蘊(yùn)藏的巨大能量一直是科學(xué)家們的研究課題。近些年的研究表明，基于膜的反電滲析技術(shù)（RED）被認(rèn)為是捕獲鹽差能**的手段之一。在RED技術(shù)中，關(guān)鍵的部分就是膜，膜的離子選擇性傳輸能力直接決定了RED系統(tǒng)的發(fā)電性能。開發(fā)具有**的離子選擇性傳輸能力的RED發(fā)電膜一直是研究者們追求的目標(biāo)。

近日，華南理工大學(xué)王海輝教授團(tuán)隊(duì)與德國漢諾威大學(xué)Jürgen Caro教授合作，報(bào)道了一種基于帶相反電荷的具有納流控離子傳輸通道的Ti₃C₂T_x-MXene膜（MXMs）的滲透能發(fā)電機(jī)。該帶負(fù)電或帶正電的二維MXene納米通道具有**的表面電荷控制離子輸運(yùn)特性，并表現(xiàn)出**的陽離子或陰離子選擇性。通過混合人工海水（0.5 M NaCl）和河水（0.01 M NaCl），所得到的更大功率密度高達(dá)4.6 W m^-2，高于大多數(shù)報(bào)道的**的基于膜的滲透能發(fā)電裝置，并且非常接近商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)（5 W m^-2）。通過連接10個(gè)串聯(lián)MXMs堆棧，其輸出電壓可達(dá)1.66V，可直接為電子器件供電。這項(xiàng)工作證明了二維MXene膜在滲透能發(fā)電中應(yīng)用的可能性，使這種藍(lán)色能源的捕獲變得切實(shí)可行。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一 帶相反電荷的二維MXene膜對(duì)用于鹽差能發(fā)電的示意圖。SW, 海水；RW, 河水。

圖二 帶相反電荷的MXene膜的形貌及結(jié)構(gòu)。

圖三 帶相反電荷的MXene膜組合對(duì)的反電滲析發(fā)電性能以及對(duì)應(yīng)的Comsol仿真模擬。

圖四 串聯(lián)的MXene膜組合對(duì)的發(fā)電性能。

該論文題為：

Oppositely Charged Ti₃C₂T_x MXene Membranes with 2D Nanofluidic Channels for Osmotic Energy Harvesting

該文章作者為在站博士后丁力博士，共同通訊作者為華南理工大學(xué)王海輝教授和德國漢諾威大學(xué)Jürgen Caro教授。華南理工大學(xué)為該論文的單位。

論文全部作者為：

Li Ding, Dan Xiao, Zong Lu, Junjie Deng, Yanying Wei, Jürgen Caro*, Haihui Wang*

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201915993

資助來源：國家自然科學(xué)基金委，中國博士后科學(xué)基金 

王海輝教授，現(xiàn)任華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院教授，主要從事的研究方向包括在無機(jī)膜與膜分離，膜催化與膜反應(yīng)器，新能源材料與器件。王海輝教授作為通訊聯(lián)系人，在Nature Sustainability、Nature Communications、Science Advances、 Joule、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials、AIChE Journal等國際**期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文超過200篇，引用萬余次，h指數(shù)為68，獲授權(quán)國家**專利15項(xiàng)。王教授曾獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)和侯德榜化工科技創(chuàng)新獎(jiǎng)，他2003年入選德國洪堡學(xué)者, 2007年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃，2011年入選廣東省珠江學(xué)者特聘教授，2012年獲得國家杰出青年科學(xué)基金，2015年入選科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，2016年入選英國皇家化學(xué)會(huì)Fellow，2017年獲聘教育部長江學(xué)者特聘教授，2018年入選第三批國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才， 2018年入選廣東省特支計(jì)劃“杰出人才, 2019年獲得國務(wù)院政府特殊津貼。