中科院江雷、周亚红&吉林大学姜振华Science 子刊：高强Janus三维多孔膜成为“蓝色能源”的高

中科院江雷、周亚红&吉林大学姜振华Science 子刊：高强Janus三维多孔膜成为“蓝色能源”的高效捕手

【前言】

随着当今世界的快速发展，能源已经成为人类社会赖以生存和发展的基础。 然而传统的化石能源至今仍存在着不可持续、生态破坏等诸多问题。开发利用新型的可持续发展的清洁能源势在必行，是世界发展的共同议题。

海水中蕴藏着巨大的能量，又称蓝色能源，盐差能就是其中典型的一种，广泛存在于江河的入海处。早在1954年，R.E Pattle教授就预言，当海水和淡水在界面混合时，由于盐度不同，海水对于淡水存在渗透压以及稀释热、吸收热、浓淡电位差等浓度差能，且该能量可以被收集及转化。目前地球上存在着26亿千瓦可利用的盐差能，被认为是一种比较有利用前景的蓝色能源。

中科院理化所江雷研究员组及周亚红博士在离子盐差发电方面开展了系列工作，今日与吉林大学化学学院特塑中心的姜振华教授团队合作。通过分子功能性精确设计，制备了一系列表面电荷极性/电荷密度可调的功能化聚芳醚的离子型聚合物。基于此，作者制备了系列Janus三维纳米多孔膜，并将其利用于浓差发电，做“蓝色能源”的纳米转化器。通过混合模拟海水和河水浓度的离子溶液，实现了2.66 W/m2的功率密度，并在更高浓差下实现了5.1 W/m2的高功率密度。通过多膜串联，可以驱动计算器正常工作。这一成果以题为“Unique Ion-Rectification in Hypersaline Environment: A High-Performance and Sustainable Power Generator System”在线发表于Science Advances。(DOI: 10.1126/sciadv.aau1665 )。第一作者是吉林大学在读博士朱轩伯。

该工作通过分子控制实现了对三维多孔膜孔隙率及电荷密度的调控，多孔膜的孔径基本维持一致，并且通过简单的方法实现系列Janus膜的大面积制备。该系列膜都表现出良好的离子选择和整流性能，高的电荷密度打破了浓度对于整流的限制，避免了内部损耗，使得Janus膜在能差发电器件方面有非常不错的表现。基于聚芳醚本身稳定的分子结构，Janus膜也展现出优异的稳定性。通过多膜串联，可以驱动计算器正常工作。

这项工作已被新华社、科学杂志社亮点报道，且诸多国内外多家媒体对此工作进行评论，推进了在盐差发电领域对于限域空间内离子传输和功能化聚芳醚材料设计的基本理解，拓宽了功能化特种工程高分子的应用前景，为设计和制备新型、高效的可持续清洁能源器件奠定了基础，展现出巨大应用潜力。

【图文简介】

Figure 1. Janus膜的制备和结构示意图。

通过简单高效的方法实现了Janus膜的大面积制备。

Figure 2. Janus膜微观形貌表征。

随着功能基团含量的增加，孔隙率有所提高，孔径并没有发生大的变化。

Figure 3. Janus膜的离子传输性能

由于大量的表面电荷存在，Janus膜在高浓度下仍然有出色的整流效果。

Figure 4．Janus膜的盐差发电性能

随着功能基团含量和浓度梯度的增加，发电功率不断提高。

Figure 5．Janus膜的稳定性

Janus膜表现出有意的稳定性，通过多膜串联，可以驱动计算器正常工作，120小时没有明显衰减。

链接：http://advances.sciencemag.org/content/4/10/eaau1665

新闻链接：http://www.sciencemag.org/news/2018/10/two-faced-membrane-can-create-electricity-nothing-salty-water

本文由作者团队供稿。

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