厦门大学化学化工学院侯旭

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提高能源效率的新手段：纳米通道界面的设计

纳米通道在限域空间内具有独特的离子运输性质，因此在能源领域具有广阔的应用前景。如何提高纳米通道中能源利用的效率一直是研究的热点。近日，厦门大学的侯旭团队对纳米通道界面的设计在能源领域方面的应用进行了展望。

纳米通道表面与液体的相互作用可以调控离子的运输性能，进而影响能源的利用效率。因此纳米通道界面的物理化学性质在能源利用中扮演着重要的角色。界面设计是提高纳米通道中能源转换、能源节约、能源回收效率的重要手段之一。在能源转换方面，动电效应、盐差效应和光电能量转换是基于双电层中离子输运性能，将其他能量转换为电能的能量转换系统。对纳米通道表面的物理化学性质进行改性可以调节其表面的电荷密度和有效孔径，进而影响能量转换效率。例如，修饰有响应性分子的纳米通道中，分子在外界刺激下发生构型变化，从而改变通道的有效孔径。在能源节约方面，构建滑移界面和引入液体门控概念有助于能源节约。孔道内部以及表面填充的门控液体阻挡输运液体与孔道固体界面的接触，避免因孔道堵塞而造成能量消耗，提高节能效果。功能性的门控液体响应于外界刺激，使液体重新分布，可以实现纳米通道的智能开关。除此之外，液体门控弹性纳米通道系统可以通过简单的机械力实现纳米通道界面的动态变化，更有利于物质运输和多相分离。在海水脱盐电容去离子化系统中，离子交换膜与盐溶液界面的物理化学性质会影响能量的储存，因此界面的最优化设计将提高能源的回收效率。界面设计是提高纳米通道能源利用效率、推动其实际应用的有效手段。纳米通道功能化方法包括仿生界面、动态液液界面以及对称/非对称界面等，又为界面设计提供了众多的选择。

该工作以“Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization”为题作为展望性论文发表在ACS Nano上，文章的第一作者是厦门大学的硕士研究生朱颖琳和博士后詹侃博士。

该论文作者为：Yinglin Zhu, Kan Zhan, and Xu Hou

Interface Design of Nanochannels for Energy Utilization

ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b07923