复旦大学赵东元院士晁栋梁教授，最新Angew！

复旦大学赵东元院士和晁栋梁教授在《Angewandte Chemie International Edition》上发表最新研究成果复旦大学赵东元院士和晁栋梁教授作为共同通讯作者，在2025年4月7日最新一期的《Angewandte Chemie International Edition》上发表了题为《Interfacial Mesochannels as Cation Pump for Enhanced Osmotic Energy Harvesting》的研究成果。该研究报道了一种基于介孔二氧化硅涂层多壁碳纳米管/芳纶纳米纤维（MCNTs@mSiO2/ANF）复合纳米通道膜的阳离子泵送策略，用于渗透能量收集。研究成果简介：该研究针对一维（1D）材料薄膜在渗透能量收集中的离子选择性不足问题，提出了一种创新的解决方案。通过界面自组装策略，合成了MCNTs@mSiO2纳米纤维，其表面具有直径约3 nm的均匀垂直排列的介孔通道。随后，采用简单的真空辅助过滤方法，将MCNTs@mSiO2/ANF复合纳米通道膜集成为渗透发电机。实验结果表明，阳离子在界面介孔中积累，并在较强的浓度梯度下被泵入纤维间孔中，从而显著增强了膜离子的选择性。同时，膜的亲水性有利于离子的顺利传输，保证了离子的高通量。当应用于人工海水和河水（50倍NaCl盐度梯度）之间的渗透能收集时，复合膜的输出功率密度高达8.24 W/m2，阳离子选择性约为0.91。此外，该膜还表现出优异的力学性能，抗拉强度约为136 MPa，且长时间稳定，非常适合实际应用。在天然海水/河水系统中，该膜可以提供9.93 W/m2的显著功率密度，这一性能超过了当前最先进的1D材料纳米流体膜。研究意义：技术创新：该研究通过设计具有介孔通道的复合纳米纤维膜，实现了阳离子的高效泵送，为渗透能量收集提供了一种新的技术路径。性能提升：复合膜的高输出功率密度和阳离子选择性，使得其在渗透能量收集领域具有广阔的应用前景。实际应用：该膜优异的力学性能和长时间稳定性，为其在实际海水/河水系统中的应用提供了有力支持。图文解读：合成与表征：通过SEM和TEM图像，可以清晰地看到MCNTs表面的介孔SiO2涂层非常均匀，且介孔通道排列良好，垂直于MCNTs表面。复合膜表面均匀，纤维间孔隙丰富，表明柔性ANFs成功嵌入MCNTs@mSiO2纳米纤维之间的空隙中。跨膜离子传输行为：在氯化钠（NaCl）的跨膜浓度梯度下，复合膜表现出优异的渗透能收集性能。记录的I-V曲线显示开路电压约为127 mV，短路电流为7.6 μA，输出功率密度在16 kΩ处达到峰值8.24 W/m2。高效收集渗透能：在500倍浓度梯度下，复合膜的最大输出功率密度达到21.8 W/m2，是50倍浓度梯度下的1.65倍。此外，在真实海水/河水条件下，膜的功率密度达到了9.93 W/m2，远远优于其他基于1D材料的最先进膜的性能。作者简介：赵东元：复旦大学教授、博士生导师，中国科学院院士。在化学材料领域具有极高的影响力，荣获多项国内外重要奖项。晁栋梁：复旦大学教授、博士生导师，国家海外高层次引进人才。主要从事水系电化学基础与应用研究，曾获得多项国内外重要奖项和荣誉。综上所述，复旦大学赵东元院士和晁栋梁教授的最新研究成果为探索纳米流体膜实现高选择性离子传输以实现高效渗透能转换开辟了新的途径，具有重要的科学意义和应用价值。