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 為應對全球能源危機，利用功能材料獲取存在于海水和河水之間的可持續鹽度梯度能量已經引起了人們的廣泛關注。為了將滲透能轉化為電能，科學家們開發了許多具有納米流體通道的膜材料。其中，介孔材料和納米線材料是兩類用于構筑膜器件的較為理性的基元材料。然而，傳統膜成本高、制備工藝復雜、輸出功率密度低等問題嚴重阻礙了其實際應用。此外，制備同時具有介孔及納米線結構的介孔納米線材料也是一個關鍵難題。

過超組裝策略制備可再生生物質衍生的功能材料，并將其應用于鹽度梯度能量轉化，已經引起了極大關注。近日，復旦大學孔彪研究員/趙東元院士聯合浙江大學王勇教授報道了一種簡單高效的超組裝方法，成功地制備了由納米纖維陣列組裝而成的各向異性碳質有序介孔納米線（CMWs）。并進一步基于有序介孔納米線材料構筑了異質結構膜器件，該膜材料在滲透能捕獲應用中表現出了智能的定向離子傳輸及能量轉換性能。

過進一步探究，作者提出了結構導向劑輔助的連續超組裝機理，可將納米纖維陣列組裝為有序介孔納米線。在PSSMA和TMB的輔助下，F127和核糖首先形成柱狀膠束，隨后柱狀膠束進一步通過二維六方形式進行組裝。隨著反應的進行，較為親水的核糖聚合為較為疏水的低聚物，低聚物傾向于從F127的PEO端向PPO端移動，同時在PPO端進行聚合。此外，新的柱狀膠束通過“頭對頭”的方式在原納米線上繼續組裝生長，最終得到了由納米纖維陣列超組裝而成的有序介孔納米線材料。通過抽濾法得到的CMWs/AAO異質結構薄膜具有不對稱的組分、表面電荷類型、孔道結構、潤濕性，因此其具有智能離子傳輸性能及陽離子選擇性。將CMWs/AAO異質結構膜用于鹽差能轉化應用時，該納米流體器件在人工海水和河水中具有2.78 W m−2的高功率密度。

這項工作提出了結構導向劑輔助的連續超組裝策略，成功制備了由納米纖維陣列組裝的有序介孔納米線材料。該策略簡單高效，具有高產量、易于放大、易于調控尺寸等特性。此外，有序介孔納米線材料可以進一步作為基元組裝在AAO上構筑異質結構薄膜材料。由于具有新穎的結構、孔隙率和豐富的官能團，不對稱CMWS/AAO異質結構膜具有良好的陽離子選擇性。該工作有望為制備生物質衍生功能納米線和雜化膜應用于可持續發電、水凈化和海水淡化等領域鋪平道路。

相關研究工作日前以“Sequential Superassembly of Nanofiber Arrays to Carbonaceous Ordered Mesoporous Nanowires and Their Heterostructure Membranes for Osmotic Energy Conversion”為題發表于化學旗艦期刊Journal of the American Chemical Society上，該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。