存在于河水-海水交界的渗透能是一种可持续的能源，反向电渗析技术是获取渗透能的主要手段，其中离子交换膜 (IEM)是关键部件。然而，传统的对称型IEM存在“离子选择性-离子通量tradeoff”问题，表现出极低的能量转换能力。近年来，科学家们开发了多种不对称膜，由厚的支撑层和薄的选择层构成，其中，支撑层主要起到机械支撑作用，而选择层主要起到选择性离子传输作用。这种将分离功能和机械强度独立设计的思路大大提升了IEM的性能。然而，当将目光聚焦在选择层，对称膜中存在的“离子选择性-离子通量tradeoff”问题依然存在。

图1 具有交联单分子选择层的不对称薄膜的设计思路

  具体研究思路是：首先构建双极性不对称纳米离子通道，包含嵌段共聚物自组装形成的负电性纳米通道和单分子聚乙烯亚胺（h-PEI）正电性亚纳米孔，其中h-PEI层是发挥选择层功能。因为h-PEI在水中完全膨胀，导致选择性的损失。为了避免这种情况，利用三聚氯氰（CC）对h-PEI层进行交联，实现了h-PEI层的厚度降低，同时电荷密度增大。与交联前相比，所得不对称纳米通道的Cl^-选择性和离子通道都得到了大幅度的提升，在500倍盐度梯度下实现了11.9 W/m²的渗透能转换，这几乎是交联前的两倍（图二）。

图2 不对称纳米通道膜的渗透能转换。

  论文信息：

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c01555?fig=fig3&ref=pdf

  Enhanced Osmotic Energy Conversion through an Asymmetric Nanochannel Array Membrane with an Ultrathin Selective Layer

  Xiuqin Yang, Chao Li, Pengxiang Liu, Yi Zhai, Hussain Imran, Xin Sui, Longcheng Gao, Lei Jiang,

  Chem. Mater. 2023, 10.1021/acs.chemmater.3c01555.