藍(lán)色能源是一種源自鹽度梯度的清潔能源，受到了越來越多研究人員的關(guān)注。它可以通過帶電荷的膜來收集，這些膜通常由無定形材料組成，由于其無序結(jié)構(gòu)和低電荷密度，因此功率密度較低。

晶體材料具有固有的有序多孔結(jié)構(gòu)，為克服這些限制提供了一種有希望的替代方案。其中，分子篩是一種具有有序亞納米流體通道和可調(diào)電荷密度的晶體材料，特別適合于此目的。

2024年12月2日，阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）賴志平教授在國際頂級期刊Nature Communications發(fā)表題為《Zeolite membrane with sub-nanofluidic channels for superior blue energy harvesting》的研究論文，魏瑞聰、劉小偉為論文共同第一作者，賴志平教授為論文通訊作者。

賴志平，阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院教授，開啟MOF膜領(lǐng)域的先驅(qū)之一。1995年、1998年本碩畢業(yè)于清華大學(xué)，2003年在馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校獲得博士學(xué)位。現(xiàn)任職于阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）。

賴志平教授的研究興趣主要集中于具有有序多孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)膜的合成、表征和應(yīng)用，已發(fā)表174篇論文，被引超過17000次，h-index為65；獲9項(xiàng)專利。

在這里，作者展示了NaX分子篩作為藍(lán)色能源生產(chǎn)的高性能膜的功能。NaX分子篩膜在50倍的NaCl濃度梯度下實(shí)現(xiàn)了21.27 W m^-2的功率密度，超過了類似條件下最先進(jìn)的膜的性能。

在實(shí)際場景下測試時，其在紅海/河流、死海/河流和青海鹽水/河流配置下的功率密度分別為29.1?W?m^-2、81.0?W?m^-2和380.1?W?m^-2。

值得注意的是，該膜在高堿性條件（~0.5?M NaOH）下有效運(yùn)行，并選擇性地將CO₃^2-與OH?離子分離，選擇性為25。

這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了分子篩膜在藍(lán)色能源方面的潛力，為該領(lǐng)域開辟了更多機(jī)會。

圖1：NaX分子篩膜的表面電荷和結(jié)構(gòu)示意圖

圖2：在碳納米管（CNT）支撐上生長的NaX分子篩膜的表征

圖3：陽離子/陰離子跨NaX分子篩膜傳輸?shù)姆肿觿恿W(xué)（MD）模擬

圖4：滲透功率產(chǎn)生中陽離子/陰離子分離性能的基礎(chǔ)分析

圖5：不同條件對滲透功率產(chǎn)生的影響

綜上，這篇論文研究了一種基于NaX分子篩的膜，該膜具有有序亞納米流體通道和可調(diào)電荷密度，用于高效捕獲藍(lán)色能源，即從鹽度梯度中獲取的清潔能源。

研究顯示，這種分子篩膜在50倍NaCl濃度梯度下實(shí)現(xiàn)了21.27 W/m²的功率密度，超過了現(xiàn)有技術(shù)的性能，并且在實(shí)際場景中展現(xiàn)出更高的能量轉(zhuǎn)換效率，具有在高堿性條件下運(yùn)行的能力，為藍(lán)色能源領(lǐng)域提供了新的材料選擇。

該研究提供了一種高性能、高穩(wěn)定性的藍(lán)色能源轉(zhuǎn)換材料，具有在實(shí)際海洋和高鹽度環(huán)境中應(yīng)用的潛力，對于開發(fā)新型可再生能源技術(shù)具有重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。這種分子篩膜因其優(yōu)異的能量轉(zhuǎn)換效率和化學(xué)穩(wěn)定性，有望在藍(lán)色能源發(fā)電和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

Wei, R., Liu, X., Cao, L.?et al.?Zeolite membrane with sub-nanofluidic channels for superior blue energy harvesting.?