近日，北京林业大学“农林生物质资源与化学品创新团队”在生物质能源领域取得重要研究进展，相关工作以“ TEMPO Oxidized Cellulose Nanofibers-Based Heterogenous Membrane Employed for Concentration-Gradient-Driven Energy Harvesting”为题，在线发表于能源与材料领域国际权威刊物Nano Energy（IF=16.602）。本文第一作者为北京林业大学材料学院青年教师许阳蕾，通讯作者为北京林业大学材料学院许凤教授，北京林业大学为独立完成单位。该工作得到北京林业大学中央高校基本科研业务费专项资金，国家自然科学基金青年科学基金项目及北京林业大学建设世界一流学科和特色发展引导专项资金的资助。

  渗透能是指不同浓度溶液间的水压差所具有的能量，作为一种可再生绿色能源，将其应用于发电具有可预测、能量输出稳定、可持续等优点。有效的纳米通道薄膜是捕获这种清洁能源的关键。随着纳米流体科学及膜技术的发展，在有限的纳米通道薄膜中控制离子输运以实现渗透能的高效收集成为研究热点。

图 能源收集装置及TOCN / PET异质膜示意图

  该研究团队采用TEMPO氧化纳米纤维素（TOCNs）和圆锥形多孔聚脂薄膜（PET）基底膜直接获得一种纳米流体装置，可收集渗透能并整流离子输运。TOCNs具有丰富的羧基和羟基，其对离子的输运性能起着主导作用。圆锥形的多孔PET膜基底与TOCNs复合形成类似纳米流体二极管的离子输运装置，其中非对称几何结构及异质表面电荷的协同作用产生离子极性及离子整流特征，阳离子选择性明显增强。

  TOCNs/PET复合纳米流体装置中浓度梯度驱动系统的提出有助于解决传统的反向电渗析问题，并有益于增加系统输出功率密度。该团队所开发的TOCNs/PET复合膜具有3个显著优势：（1）该复合膜采用环保可再生能源材料TOCNs制备，方法简单，易于获取；（2）海水和河水发电的人工模拟实验中，最大输出功率密度达到0.96 Wm^-2；（3）TOCNs / PET复合膜中表面电荷的异质结构产生表面电荷的极化，获得了突出的离子电流整流特性，其整流比562是PET薄膜的71倍。上述对TOCNs / PET异质复合膜的纳米流体及能量获取装置的研究，为可再生薄膜材料的商业应用提供了新的理论及技术方案，这对有效和可靠能源供应的发展至关重要。 

  文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520310430