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30
2026
-
04
Angew: 让离子“单向通行”，双层聚酰胺膜突破渗透能发电瓶颈
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背景
基于盐度梯度的渗透能（蓝色能源）被认为是重要的可再生能源形式之一，可通过反向电渗析（RED）直接转化为电能。然而，其核心组件——离子选择性膜，长期受限于多个关键问题：选择性不足 + 传输阻力高 + 浓差极化严重。传统膜通常采用“双极结构”（正负电荷分层）来促进离子定向传输，但这往往会增加传输阻力并削弱选择性。此外，在实际运行中，离子在膜两侧积累导致浓差极化，进一步限制能量转换效率。因此，如何在高选择性、低阻力与抑制极化之间实现平衡，成为渗透能膜设计的核心挑战。
创新
近日，东华大学武培怡教授团队提出“双层聚酰胺+多尺度异质通道设计策略”，实现离子传输与能量转换性能的协同提升：
双层功能结构构建：通过顺序界面聚合构建两层不同功能的聚酰胺层，实现结构分工
内层：高选择性快速通道，超薄致密结构；均一带负电的亚纳米三维孔道→ 实现高离子选择性与低传输阻力；
外层：马赛克电荷调控层，引入带正电的卟啉单元；构建正负电荷“马赛克分布”→ 实现离子单向传输（整流效应）并抑制浓差极化；
多尺度异质通道协同作用：纳米孔道提供选择性；电荷异质性引导方向性传输；
性能显著提升：整流比达6.56；渗透功率密度达11.3 W m⁻²；
光响应功能引入：光照下性能提升至13.2 W m⁻²；同时具备抗菌能力；
低阻力与高稳定性兼具：实现高通量与长期稳定运行。
意义
该工作通过结构分层与电荷精细调控，成功突破了传统渗透能膜在选择性、传输阻力与浓差极化之间的多重权衡。相比单一结构设计，这种“功能分区+协同调控”的策略，实现了离子传输效率与方向性的统一。更重要的是，引入“马赛克电荷结构”这一新概念，使膜具备类似离子二极管的特性，为构建*能量转换系统提供了新的设计思路。同时，光响应功能的加入也拓展了膜在智能能源系统中的应用潜力。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/a8YxWlFXty5YVajYs4dppA
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