摘要

生物激發(fā)的不對稱納米流體離子通道具有離子二極管行為，可以提高滲透能（所謂的藍色能）轉換是非?？扇〉?，特別是如果它們可以很容易地構建和修改。二維（2D）金屬碳化物和氮化物，被稱為MXenes，結合了親水表面和可調的表面電荷性質，為制備不對稱納米流體離子通道提供了一條捷徑。本文研究了一種機械堅固、靈活、放大友好的不對稱Ti3C2Tx MXene基離子二極管膜，具有高度整流電流，并展示了其在反向電透析滲透能量轉換中的潛在用途。在合成海水和河水的鹽度梯度下，我們的離子二極管膜發(fā)生器的功率密度為8.6Wm-2，在500倍的鹽度梯度下高達17.8Wm-2，優(yōu)于最先進的膜?；贛Xene的離子二極管型膜的設計為開發(fā)大規(guī)模的二維納米流體材料和選擇性離子輸運提供了一種簡便和通用的策略。

創(chuàng)新點

1. 利用MXene材料構建出具有異質結構的薄膜,模擬了電鰻的前后膜結構,實現(xiàn)了良好的離子整流效應。這種基于2D材料的設計提供了一種簡單和通用的方法來制備納米流體二極管。

2. MXene的水相合成方法使其具有極好的水凝性、Lewis酸活性部位和終端羥基團,這使其成為實現(xiàn)選擇性離子傳輸和調控表面電性的理想材料。文章通過調節(jié)MXene的表面化學性質成功實現(xiàn)了正負載的調控。

3. 該異質MXene膜的功率密度大大高于目前報道的各種2D層狀和3D多孔薄膜,實現(xiàn)了滲透能高效轉換,為相關技術的應用提供了可能。

4. MXene膜兼具異質結構、可調表面電荷密度和可規(guī)?；苽涞膬?yōu)點,為開發(fā)具控制能力的納米流體通道和選擇性離子傳輸提供了思路,對相關膜技術具有指導意義。

該工作展現(xiàn)了MXene材料在模擬生物結構和離子整流方面的應用潛力,為MXene的更多新應用提供了啟發(fā)。

圖文參考

總結

研究展示了具有離子二極管型電流的堅固和靈活的非均相mxene基膜的制備。實驗和理論研究表明，膜的非對稱表面電荷極性和高表面電荷密度導致了高整流電流?；趍xene的離子二極管可以作為滲透能量捕獲的高性能發(fā)生器。具有整流電流的非均相膜可以有效地避免能量轉換系統(tǒng)中的離子極化。通過將合成海水與河水混合，BHMXM的輸出功率密度高達8.6 Wm-2，超過了商業(yè)化基準(≈5 Wm-2)。層狀MXene膜結合了非均相結構、可調表面電荷密度和放大潛力，從而為控制離子傳輸?shù)募{米流體通道的發(fā)展鋪平了道路，并為實際滲透能轉換、選擇性離子傳輸和海水淡化提供了重要指導。

*?參考文獻：doi.org/10.1002/anie.202206152