引入帶空間電荷的水凝膠明顯改善了離子選擇性。另外，基于水凝膠雜化膜的發電裝置顯示出優異的能量轉換性能。在500倍的鹽度梯度下，可實現高達11.72 W/m2的最大功率密度。此外，該膜顯示出優異的機械性能。這些值是可以實現的，這表明該膜在滲透能轉換中的巨大潛力。相關論文以題為Improved Ion Transport in Hydrogel-Based Nanofluidics for Osmotic Energy Conversion發表在《ACS Central Science》上。 【主圖導讀】圖1.基于水凝膠混合膜的滲透壓發電器的示意圖。（a）得益于空間電荷的水凝膠雜化膜的優異陽離子選擇性的示意圖。如圖所示的滲透發電機可以將鹽度梯度轉換為電能。（b）水凝膠雜化膜的制造過程。（i）將前體溶液倒在PC膜上。（ii）前體溶液充滿了通道的空間。（iii）多余的溶液被移除。（iv）通過UV輻射制備水凝膠。（c）水凝膠雜化膜的優異機械性能。圖2.水凝膠雜化膜的離子傳輸特性。（a）15％AAc / m膜的離子電導率與濃度的關系，顯示出受電荷控制的離子傳輸。（b）羅丹明6G（Rh（+），方形符號）和磺基羅丹明（Rh（-），圓形符號）的滲透率曲線，表明15％AAc/m膜具有出色的陽離子選擇性。（c）兩種模型的陰離子濃度曲線的模擬結果表明，帶空間電荷的通道離子選擇性提高。圖3.使用水凝膠雜化膜可顯著改善滲透能轉換。（a）鹽度梯度為50倍時，PC膜和15％AAc/m膜的開路電壓和短路電流。插圖是他們的統計數據。（b）鹽度梯度為50倍時PC和15％AAc/m膜的電流密度和功率密度。（c）統計功率密度隨AAc含量的增加而增加。（d）表面帶電納米通道和空間帶電納米通道的計算輸出功率。圖4水凝膠混合膜的機械性能。（a）水凝膠雜化膜（15％AAc/m），PC膜和純水凝膠的拉伸應力。（b）膜的統計拉伸應力。（c）撕裂力曲線為15％AAc/m，PC膜和純水凝膠。（d）計算的膜的韌性。（e）15％AAc/m膜在雜交前后的橫截面SEM圖像（i）；比例尺為500 nm。強界面由水凝膠和通道之間的氫鍵形成。圖5.水凝膠雜化膜的耐久性。（a）該方案說明了摩擦試驗。（b）水凝膠混合膜（15％AAc/m膜）的磨損曲線。100次循環后，摩擦力保持在較低的范圍內。【結論】總之，在實驗和理論上都揭示了一維水凝膠的離子遷移和反向電滲析。得益于水凝膠的空間負電荷及其獨特的離子傳輸網絡結構，該水凝膠雜化膜表現出優異的陽離子選擇性，并且基于水凝膠雜化膜的滲透發電器在滲透能轉換方面優于普通的。通過混合人工海水和河水，功率密度高達4.08 W/m2，在500倍鹽度梯度下的最大功率密度為11.72 W/m2。水凝膠雜化膜還表現出優異的機械性能，有助于保持高性能。此外，雜化膜的超疏油性和低油粘附力可防止其因生物污染而失效。這項工作為設計滲透動力發電和其他傳質過程（包括脫鹽和水凈化）中的高性能膜系統提供了指導。TOC參考文獻：doi.org/10.1021/acscentsci.0c01054版權聲明：「高分子材料科學」是由專業博士（后）創辦的公眾號，旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。上述僅代表作者個人觀點。如有侵權或引文不當請聯系作者修正。商業轉載或投稿請后臺聯系編輯。感謝各位關注！【經典回顧】【1】UCL《先進材料`綜述》從實驗室研究到商業化的柔性鋅離子水凝膠電池見解【2】2020年Nature/Science氣凝膠回顧展：世界上最輕的固體材料【3】《Nature Sustain.》耶魯姚媛/馬里蘭胡良兵:堅固，回收，降解的木質纖維素生物塑料 【4】浙江大學吳子良《先進材料》香豆素光交聯水凝膠可重構梯度結構和可重編程3D變形
