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  近日，北京林業大學“農林生物質資源與化學品創新團隊”在生物質能源領域取得重要研究進展，相關工作以“ TEMPO Oxidized Cellulose Nanofibers-Based Heterogenous Membrane Employed for Concentration-Gradient-Driven Energy Harvesting”為題，在線發表于能源與材料領域國際權威刊物Nano Energy（IF=16.602）。本文第一作者為北京林業大學材料學院青年教師許陽蕾，通訊作者為北京林業大學材料學院許鳳教授，北京林業大學為獨立完成單位。該工作得到北京林業大學中央高校基本科研業務費專項資金，國家自然科學基金青年科學基金項目及北京林業大學建設世界一流學科和特色發展引導專項資金的資助。

  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，將其應用于發電具有可預測、能量輸出穩定、可持續等優點。有效的納米通道薄膜是捕獲這種清潔能源的關鍵。隨著納米流體科學及膜技術的發展，在有限的納米通道薄膜中控制離子輸運以實現滲透能的高效收集成為研究熱點。

圖 能源收集裝置及TOCN / PET異質膜示意圖

  該研究團隊采用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。TOCNs具有豐富的羧基和羥基，其對離子的輸運性能起著主導作用。圓錐形的多孔PET膜基底與TOCNs復合形成類似納米流體二極管的離子輸運裝置，其中非對稱幾何結構及異質表面電荷的協同作用產生離子極性及離子整流特征，陽離子選擇性明顯增強。

  TOCNs/PET復合納米流體裝置中濃度梯度驅動系統的提出有助于解決傳統的反向電滲析問題，并有益于增加系統輸出功率密度。該團隊所開發的TOCNs/PET復合膜具有3個顯著優勢：（1）該復合膜采用環保可再生能源材料TOCNs制備，方法簡單，易于獲取；（2）海水和河水發電的人工模擬實驗中，最大輸出功率密度達到0.96 Wm^-2；（3）TOCNs / PET復合膜中表面電荷的異質結構產生表面電荷的極化，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TOCNs / PET異質復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應用提供了新的理論及技術方案，這對有效和可靠能源供應的發展至關重要。 

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