存在于海水和淡水之间的盐差能被誉为是“蓝色能源”，是一种清洁、可持续的能源，这种能源可再生、对环境无污染、零排放，并且与风能、太阳能等相比，盐差能不会受到天气、地理位置等客观因素的影响，更加适合人类的发展。据报道，全球可利用的海水与河水的盐差能高达2.6 TW，大约占据全球能源需求的20 %。我国海域辽阔，入海的江河众多，径流量巨大，蕴藏着丰富的盐差能资源。如何利用海洋与陆地河口交界水域的盐度差所蕴藏的巨大能量一直是科学家们的研究课题。近些年的研究表明，基于膜的反电渗析技术（RED）被认为是捕获盐差能最有效的手段之一。在RED技术中，最关键的部分就是膜，膜的离子选择性传输能力直接决定了RED系统的发电性能。开发具有高效的离子选择性传输能力的RED发电膜一直是研究者们追求的目标。
近日，华南理工大学王海辉教授团队，报道了一种基于带相反电荷的具有纳流控离子传输通道的Ti3C2Tx-MXene膜（MXMs）的渗透能发电机。该带负电或带正电的二维MXene纳米通道具有典型的表面电荷控制离子输运特性，并表现出优异的阳离子或阴离子选择性。通过混合人工海水（0.5 M NaCl）和河水（0.01 M NaCl），所得到的最大功率密度高达4.6 W m-2，高于大多数报道的最先进的基于膜的渗透能发电装置，并且非常接近商业化的标准（5 W m-2）。通过连接10个串联MXMs堆栈，其输出电压可达1.66V，可直接为电子器件供电。这项工作证明了二维MXene膜在渗透能发电中应用的可能性，使这种蓝色能源的捕获变得切实可行。
图1. 带相反电荷的二维MXene膜对用于盐差能发电的示意图。SW, 海水；RW, 河水。
图3. 带相反电荷的MXene膜组合对的反电渗析发电性能以及对应的Comsol仿真模拟。
该文章第一作者为在站博士后丁力博士，共同通讯作者为华南理工大学王海辉教授和德国汉诺威大学Jürgen Caro教授。华南理工大学为该论文的第一单位，该工作受国家自然科学基金委、中国博士后科学基金资助。
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Oppositely Charged Ti3C2Tx MXene Membranes with 2D Nanofluidic Channels for Osmotic Energy Harvesting
Li Ding, Dan Xiao, Zong Lu, Junjie Deng, Yanying Wei, Jürgen Caro*, Haihui Wang*
Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915993
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