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

jiajie

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研究团队与北京航空航天大学高龙成课题组合作在《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