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摘要

生物激发的不对称纳米流体离子通道具有离子二极管行为，可以提高渗透能（所谓的蓝色能）转换是非常可取的，特别是如果它们可以很容易地构建和修改。二维（2D）金属碳化物和氮化物，被称为MXenes，结合了亲水表面和可调的表面电荷性质，为制备不对称纳米流体离子通道提供了一条捷径。本文研究了一种机械坚固、灵活、放大友好的不对称Ti3C2TxMXene基离子二极管膜，具有高度整流电流，并展示了其在反向电透析渗透能量转换中的潜在用途。在合成海水和河水的盐度梯度下，我们的离子二极管膜发生器的功率密度为8.6Wm-2，在倍的盐度梯度下高达17.8Wm-2，优于最先进的膜。基于MXene的离子二极管型膜的设计为开发大规模的二维纳米流体材料和选择性离子输运提供了一种简便和通用的策略。

创新点

1.利用MXene材料构建出具有异质结构的薄膜,模拟了电鳗的前后膜结构,实现了良好的离子整流效应。这种基于2D材料的设计提供了一种简单和通用的方法来制备纳米流体二极管。

2.MXene的水相合成方法使其具有极好的水凝性、Lewis酸活性部位和终端羟基团,这使其成为实现选择性离子传输和调控表面电性的理想材料。文章通过调节MXene的表面化学性质成功实现了正负载的调控。

3.该异质MXene膜的功率密度大大高于目前报道的各种2D层状和3D多孔薄膜,实现了渗透能高效转换,为相关技术的应用提供了可能。

4.MXene膜兼具异质结构、可调表面电荷密度和可规模化制备的优点,为开发具控制能力的纳米流体通道和选择性离子传输提供了思路,对相关膜技术具有指导意义。

该工作展现了MXene材料在模拟生物结构和离子整流方面的应用潜力,为MXene的更多新应用提供了启发。

图文参考

总结

研究展示了具有离子二极管型电流的坚固和灵活的非均相mxene基膜的制备。实验和理论研究表明，膜的非对称表面电荷极性和高表面电荷密度导致了高整流电流。基于mxene的离子二极管可以作为渗透能量捕获的高性能发生器。具有整流电流的非均相膜可以有效地避免能量转换系统中的离子极化。通过将合成海水与河水混合，BHMXM的输出功率密度高达8.6Wm-2，超过了商业化基准(≈5Wm-2)。层状MXene膜结合了非均相结构、可调表面电荷密度和放大潜力，从而为控制离子传输的纳米流体通道的发展铺平了道路，并为实际渗透能转换、选择性离子传输和海水淡化提供了重要指导。

*参考文献：doi.org/10./anie.