厦大ACS Nano: 纳米通道界面设计在能源利用领域的应用

纳米通道在限域空间内具有独特的离子输运性质，因此在高分辨感应和高效能源应用领域具有重要前景。然而纳米通道制备过程复杂，成本较高，易污染以及能源效率低等缺点制约了纳米通道在能源转换、能源节约以及能源回收等方面的应用。开发工艺简单、成本较低和高能源利用率的纳米通道是发展清洁可再生能源的方式之一。纳米通道内表面物理化学性质对离子输运有重要影响，将纳米通道界面设计应用于能源利用中，是提高能源利用效率的重要手段之一。

近日，厦门大学化学化工学院侯旭教授领导的科研团队，在ACS Nano上发表题为 “Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization”的Perspective。本文评述了纳米通道界面设计在能源转换、能源节约、能源回收方面的应用。动电效应和盐差效应是通过在双电层中离子输运将其他能量转换为电能。表面电荷密度和有效孔径的调节会影响能量转换效率。滑移界面的构建和将液体门控概念引入纳米通道中有助于节约能源。在海水脱盐电容去离子化系统中，界面设计的最优化将提高能量回收效率。

该课题得到了国家自然科学基金委（项目批准号：21673197, 21621091, 51706191），青年海外高层次人才引进计划第十二批“千人计划”青年项目，高等学校学科创新引智计划（项目批准号：B16029）和厦门大学校长基金（项目批准号：20720170050）等资助与支持。

【图文导读】

图1 纳米通道界面设计在能源领域的应用

左上：压力驱动液体通过纳米通道，导致双电层中离子流动，产生电流，从而将机械能转换为电能；

右上：在浓度梯度下，离子自发从高浓度向低浓度扩散，将吉布斯自由能转换为电能；

左下：通过在界面修饰离子型表面活性剂，在内表面构建滑移界面。压力驱动而产生的电流与界面上离子型表面活性剂的移动有关；

右下：优化设计的界面能够提高海水脱盐电容去离子化系统能源回收效率。

【小结】

纳米通道界面设计是提高能源利用效率、推动纳米通道能源利用实际应用的方式之一，例如压力驱动能源转换器件，盐差能源转换池和脱盐装置。新兴的界面修饰策略，例如仿生界面设计、动态液体界面设计以及对称/非对称界面设计可以实现界面的功能化，为纳米通道在能源利用领域开辟新的途径。

文献链接：Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b07923)

课题组主页：http://xuhougroup.xmu.edu.cn/

本文由厦门大学侯旭教授团队供稿。

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