源自海洋的蓝色渗透能(盐差能)是一种储量广泛、环境稳定性强的新型清洁“零碳”能源。盐差能发电基于自然海水和淡水之间的盐度梯度实现化学能转换为电能,整个过程无污染物和二氧化碳排放,目前基于纳流体离子选择透过膜的反向电渗析技术是实现高效盐差能发电的一种重要途径。在自然界中,天然黏土片层材料(蒙脱土、高岭土、蛭石等等)具有本体带电、成本低和剥离工艺简单等优势,是构筑二维纳米流体通道膜的理想材料。2020年,北京工业大学张倩倩教授团队和北京航空航天大学刘兆阅副教授团队合作,基于蒙脱土黏土材料构筑了具有丰富纳米通道的二维纳米流体膜,获得了最高0.15 W m-2(1000倍盐差KCl体系)的盐差能输出,并利用温敏分子功能化改性实现了能量输出强度的智能温度门控调节【Nano Energy 76 (2020) 105113】。然而,受限于黏土基纳流体膜的低机械强度和弱电负性等因素,构筑的盐差发电体系的能量输出功率和环境稳定性都有很大提升空间。
【结论与展望】本工作采用纳米纤维插层增强增韧策略,显著提升了黏土基二维纳流体膜的盐差发电能力。构筑得到的纤维增强二维黏土膜具有极低成本(相比GO和MXene,成本降幅93%)、高机械强度(114 MPa)、高阳离子选择性(模拟海河盐度下,离子迁移数为0.75)、极端环境稳定等特点,在大规模渗透能量收集方面展现出巨大的实际应用潜力。工作中提出的二维纳米流体膜设计理念可扩展于其他黏土类材料,为低成本、高性能的二维纳流体膜的发展提供新的见解,有望推进新型零碳蓝色能源的高效收集和利用。