基于仿生纳米孔道的盐差能转换：机理与原型器件

盐差能是一种环境中普遍存在的清洁能源，但是迄今没有一种高效率，低成本，低能耗的方法对其进行转化和利用。最近，受生物电现象的启发，申请人使用具有规整几何结构和电荷选择性的固体纳米孔道代替传统的离子交换膜，用反向电渗析的方法将盐差能转换为电能，显著提高体系的产能密度达2-4个数量级(Adv.Funct.Mater.2010,20,1339)。但是目前，纳流体反向电渗析的研究才刚刚起步，纳米孔道内的离子输运和能量转换等许多基本问题还有待解决，纳米孔道的产能效率还有进一步提升的空间，而且尚没有实用化的器件可用。因此，本项目的研究拟制备1-2种具有高效电荷分离能力的纳米多孔薄膜材料，通过与微流芯片的集成，构筑宏观产能原型器件。并且通过建立物理模型来研究仿生纳米孔道高效转化盐差能的2-3个原理性问题，为器件性能的优化提供理论指导。通过本项目的研究把纳流体反向电渗析技术向着原型器件的目标有实质性的推进。

盐差能是一种环境中普遍存在的清洁能源，但是迄今没有一种高效率，低成本，低能耗的方法对其进行转化和利用。在生物灵感的启发下，我们使用具有规整几何结构和电荷选择性的固体纳米孔道代替传统的离子交换膜，用反向电渗析的方法将盐差能转换为电能，显著提高了体系的产能密度。本项目的研究着眼于仿生纳米孔道高效转化盐差能的基本原理和对器件单元的性能优化与多尺度集成, 制备具有高效电荷分离能力的纳米多孔薄膜材料，构筑宏观产能原型器件。通过该项目的实施，项目负责人获得“北京市科技新星”项目的支持（2015）。在本项目的支持下，已在国际学术刊物上发表第一作者或通讯作者学术论文 13 篇，包括在 J. Am. Chem. Soc. (2篇), Angew. Chem. Int. Ed. (1篇), Adv. Mater. (3篇), Acc. Chem. Res. (1篇) 影响因子 10 以上的学术期刊发表论文 7 篇，3 次被选为期刊的封面/内封面文章。新申请中国发明专利 2 项，获授权2项，新申请国际专利 1 项。