大連化物所開發用于鹽差發電的自組裝多孔MOF單層膜

　　近日，大連化物所生物技術研究部生物分離與界面分子機制研究組（1824組）卿光焱研究員團隊開發了一種帶正電的自組裝金屬有機框架（MOF）納米顆粒單層（SAMM）膜，在保證膜完整性的前提下實現了對SAMM的功能化修飾，并證實了其在滲透發電領域具有良好的應用潛力。

　　在化石燃料持續消耗、能源需求不斷增長的背景下，開發環境友好的可再生能源已成為研究熱點。在海洋和河流交界處，通過鹽度梯度產生的滲透能是一種穩定且可持續的藍色能源，通常使用反向電滲析技術（RED）進行收集。然而，目前RED技術中使用的離子交換膜存在離子選擇性較差、傳質不足、膜電阻較大等缺點，阻礙了它們在滲透發電領域的應用。因此，需要開發新的離子選擇性膜，實現高效滲透能的收集。

　　團隊在前期工作中開發了一種摻雜聚乙烯醇和氧化石墨烯的纖維素納米晶自組裝復合膜，提出了一種經濟且可持續的材料制備策略，用于實現高效滲透能轉化（Small，2023）。

　　在上述研究背景和基礎下，本工作中，團隊利用聚（甲基丙烯酸甲酯-co-乙烯基咪唑）接枝的UiO-66-NH₂納米顆粒，在水—空氣界面自組裝形成致密的帶正電MOF納米顆粒單層膜，面積可達3cm，并將其轉移至多孔陽極氧化鋁（AAO）膜表面，形成異質膜（SAMM@AAO）。該SAMM@AAO膜在100倍NaCl梯度下產生的最大輸出功率達到了6.76W/m²，且其Cl^-/SO₄^2-選擇比達到42.2。團隊通過將MOF表面的咪唑分子甲基化，進一步將異質膜的最大功率密度提升至10.5W/m²。此外，團隊通過改變MOF材料或接枝在MOF表面的功能基團的種類，可以制備其它帶電荷的SAMM膜，這將豐富離子選擇性膜的類型，為制備具有高離子選擇性和高滲透能收集性能的材料提供了新思路。

　　上述工作以“Self-Assembled Nanoporous Metal-Organic Framework Monolayer Film for Osmotic Energy Harvesting”為題，于近日發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該工作的第一作者是我所1824組博士研究生肖潔。