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  隨著能源需求的不斷增長，存在于河水與海水的交界處的鹽差能（也被稱為藍色能源）作為一種儲量大、方便獲取的能源受到了科學家們的極大關注。

  反向電滲析技術(RED)是一種具有廣闊前景的鹽差能獲取方法，它是通過捕獲自然水域中不同水體間的吉布斯自由能來獲得持續(xù)的電能輸出。RED體系中最關鍵的組件就是離子交換膜。通過提升膜材料的性能來獲得更高的更穩(wěn)定的能量捕獲成為眾多科研人員努力的方向。以膜為基礎的納米流體系統(tǒng)和納米流體技術在納米微環(huán)境中表現(xiàn)出良好的離子輸運調控能力，這為獲取鹽差能帶來了新的思路。

圖1. 鹽差發(fā)電示意圖

  在前期的理論研究基礎上，為進一步提高鹽差能轉換電能性能，中科院理化所仿生材料與界面科學重點實驗室聞利平研究員團隊以天然的蠶絲為原料，經過多步處理獲得蠶絲納米纖維，進而組裝成蠶絲納米纖維膜。將這種帶有負電荷的蠶絲膜與電荷電性可調（pH響應）的氧化鋁膜進行復合組裝成異質復合膜，用于鹽差能的捕獲。

圖2. 復合膜的組裝過程

  實驗結果顯示，該復合膜比單一的膜在能量轉換性能上有了明顯的提高，通過理論模擬展示了復合膜所具有獨特的離子傳輸與能量捕獲的優(yōu)異特性。復合體系在50倍的鹽度梯度下輸出的能量密度達到2.86 W/m²。

圖3. 復合膜優(yōu)異的離子傳輸性能以及高的功率密度輸出

  此外，實驗結果表明，這種具有孔道結構、化學組成和表面電勢非對稱的復合膜能夠促進有效促進離子的輸運。該膜在較寬的pH值范圍內具有較寬的工作環(huán)境，特別是在堿性溶液，復合膜展現(xiàn)出優(yōu)異的能量轉換性能，這為將復合膜應用于工業(yè)廢水中能量的提取奠定基礎。值得注意的是，得益于β折疊在蠶絲蛋白的豐富含量以及復合膜之間的氫鍵作用，該膜材料表現(xiàn)了長時間穩(wěn)定性，這也為實際應用奠定了基礎。

  相關工作近日以長文形式發(fā)表于Nature Communications上(Xin, W. et al. High-performance silk-based hybrid membranes employed for osmotic energy conversion. Nat. Commun. 2019, 10, 3876-3885)。

  文章第一作者為辛偉聞和張振博士，通訊作者為聞利平研究員和孔祥玉博士。

  此外該工作也申請了國家發(fā)明專利(專利號：201811524533.4)。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11792-8