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  近日，北京林業(yè)大學(xué)“農(nóng)林生物質(zhì)資源與化學(xué)品創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”在生物質(zhì)能源領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)工作以“ TEMPO Oxidized Cellulose Nanofibers-Based Heterogenous Membrane Employed for Concentration-Gradient-Driven Energy Harvesting”為題，在線發(fā)表于能源與材料領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威刊物Nano Energy（IF=16.602）。本文第一作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院青年教師許陽(yáng)蕾，通訊作者為北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院許鳳教授，北京林業(yè)大學(xué)為獨(dú)立完成單位。該工作得到北京林業(yè)大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金，國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目及北京林業(yè)大學(xué)建設(shè)世界一流學(xué)科和特色發(fā)展引導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)資金的資助。

  滲透能是指不同濃度溶液間的水壓差所具有的能量，作為一種可再生綠色能源，將其應(yīng)用于發(fā)電具有可預(yù)測(cè)、能量輸出穩(wěn)定、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。有效的納米通道薄膜是捕獲這種清潔能源的關(guān)鍵。隨著納米流體科學(xué)及膜技術(shù)的發(fā)展，在有限的納米通道薄膜中控制離子輸運(yùn)以實(shí)現(xiàn)滲透能的高效收集成為研究熱點(diǎn)。

圖 能源收集裝置及TOCN / PET異質(zhì)膜示意圖

  該研究團(tuán)隊(duì)采用TEMPO氧化納米纖維素（TOCNs）和圓錐形多孔聚脂薄膜（PET）基底膜直接獲得一種納米流體裝置，可收集滲透能并整流離子輸運(yùn)。TOCNs具有豐富的羧基和羥基，其對(duì)離子的輸運(yùn)性能起著主導(dǎo)作用。圓錐形的多孔PET膜基底與TOCNs復(fù)合形成類(lèi)似納米流體二極管的離子輸運(yùn)裝置，其中非對(duì)稱(chēng)幾何結(jié)構(gòu)及異質(zhì)表面電荷的協(xié)同作用產(chǎn)生離子極性及離子整流特征，陽(yáng)離子選擇性明顯增強(qiáng)。

  TOCNs/PET復(fù)合納米流體裝置中濃度梯度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的提出有助于解決傳統(tǒng)的反向電滲析問(wèn)題，并有益于增加系統(tǒng)輸出功率密度。該團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的TOCNs/PET復(fù)合膜具有3個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：（1）該復(fù)合膜采用環(huán)�？稍偕茉床牧蟃OCNs制備，方法簡(jiǎn)單，易于獲��；（2）海水和河水發(fā)電的人工模擬實(shí)驗(yàn)中，最大輸出功率密度達(dá)到0.96 Wm^-2；（3）TOCNs / PET復(fù)合膜中表面電荷的異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生表面電荷的極化，獲得了突出的離子電流整流特性，其整流比562是PET薄膜的71倍。上述對(duì)TOCNs / PET異質(zhì)復(fù)合膜的納米流體及能量獲取裝置的研究，為可再生薄膜材料的商業(yè)應(yīng)用提供了新的理論及技術(shù)方案，這對(duì)有效和可靠能源供應(yīng)的發(fā)展至關(guān)重要。 

  文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520310430