盐差能是一种绿色、廉价、可持续的能源，近年来受到了人们广泛的关注。据估算，海水和淡水之间存在的盐差能总量相当于年水电消耗量的两倍。反向电渗析技术是一种将盐差能转换成电能的有效方法。研究表明，二维材料能够克服传统膜材料在离子选择性和通量的不足，为实现高效的渗透能捕获提供了新的思路。过去的几年，研究人员利用二维材料（如石墨烯、氮化硼、黑磷、MXene等）在离子传输和渗透能转换领域开展了一系列研究，然而输出功率密度依旧停留在4 W m-2，难以实现进一步的突破。
由于独特的带隙和片层结构，二硫化钼（MoS2）在光电检测、催化、能量存储领域展现了巨大的潜力。研究人员使用单层二硫化钼纳米孔道在渗透能转换方面进行了验证性的研究。结果表明，受益于固有表面电荷以及原子层厚度，MoS2单纳米孔实现了高效的选择性离子传输，从而产生超高的渗透能输出功率。然而，这种原子层厚度的单孔二硫化钼实际的应用受到极大的限制，目前基于MoS2的宏观纳米流体膜进行渗透能转换的研究鲜有报道。因此，实现从单孔纳米级的通道到宏观纳流体膜的制备以及高性能的盐差能转换具有重大挑战和意义。
近日，中科院理化所江雷院士、闻利平研究员团队将化学剥离的高浓度金属相MoS2纳米片与一维纳米纤维素（CNF）相结合，制备了高强度、稳定的二维MoS2复合膜。研究结果表明，相比于半导体相二硫化钼膜，高浓度金属相二硫化钼具有高效的离子传输和渗透能转换性能。在混合的人工模拟海水和河水体系中，金属态二硫化钼复合膜实现了5.2 W m-2的功率输出。模拟结果进一步证明，具有高电子态的亲水金属相二硫化钼具有更高的离子吸附性能，从而实现高效渗透能转换。该工作证实了金属态MoS2在渗透能转换领域的巨大的应用潜力，同时为其它过渡金属二卤化物（如WS2、MoSe2和WSe2）在盐差能转换方面的研究提供理论上的借鉴与指导。
该工作近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。
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Metallic Two-Dimensional MoS2 Composites as High-Performance Osmotic Energy Conversion Membranes
Congcong Zhu, Pei Liu, Bo Niu, Yannan Liu, Weiwen Xin, Weipeng Chen, Xiang-Yu Kong, Zhen Zhang*, Lei Jiang, Liping Wen*
J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c11251
导师介绍
江雷
https://www.x-mol.com/university/faculty/15473
闻利平
https://www.x-mol.com/groups/wenlp
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