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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物技術(shù)研究部生物分離與界面分子機(jī)制研究組研究員卿光焱團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種帶正電的自組裝金屬有機(jī)框架（MOF）納米顆粒單層（SAMM）膜，在保證膜完整性的前提下實(shí)現(xiàn)了對(duì)SAMM的功能化修飾，并證實(shí)了其在滲透發(fā)電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。
在化石燃料持續(xù)消耗、能源需求不斷增長(zhǎng)的背景下，開發(fā)環(huán)境友好的可再生能源已成為研究熱點(diǎn)。在海洋和河流交界處，通過(guò)鹽度梯度產(chǎn)生的滲透能是穩(wěn)定且可持續(xù)的藍(lán)色能源，通常使用反向電滲析技術(shù)（RED）進(jìn)行收集。然而，目前RED技術(shù)使用的離子交換膜存在離子選擇性較差、傳質(zhì)不足、膜電阻較大等缺點(diǎn)，阻礙了它們?cè)跐B透發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，需要開發(fā)新的離子選擇性膜，實(shí)現(xiàn)高效滲透能的收集。
該團(tuán)隊(duì)的前期工作開發(fā)了摻雜聚乙烯醇和氧化石墨烯的纖維素納米晶自組裝復(fù)合膜，提出了經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的材料制備策略，用于實(shí)現(xiàn)高效滲透能轉(zhuǎn)化。
本工作利用聚（甲基丙烯酸甲酯-co-乙烯基咪唑）接枝的UiO-66-NH2納米顆粒，在水-空氣界面自組裝形成致密的帶正電MOF納米顆粒單層膜（面積可達(dá)3cm），并將其轉(zhuǎn)移至多孔陽(yáng)極氧化鋁（AAO）膜表面，形成異質(zhì)膜（SAMM@AAO）。SAMM@AAO膜在100倍NaCl梯度下產(chǎn)生的最大輸出功率達(dá)6.76W/m2，且其Cl-/SO42-選擇比達(dá)42.2。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)將MOF表面的咪唑分子甲基化，進(jìn)一步將異質(zhì)膜的最大功率密度提升至10.5W/m2。此外，該研究通過(guò)改變MOF材料或接枝在MOF表面的功能基團(tuán)的種類，可以制備其他帶電荷的SAMM膜，這將豐富離子選擇性膜的類型，并為制備具有高離子選擇性和高滲透能收集性能的材料提供新思路。
相關(guān)研究成果以Self-Assembled Nanoporous Metal-Organic Framework Monolayer Film for Osmotic Energy Harvesting為題，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”和大連化物所創(chuàng)新基金等的支持。
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