近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物技術(shù)研究部生物分離與界面分子機制研究組研究員卿光焱團隊開發(fā)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(xiàn)了對SAMM的功能化修飾，并證實了其在滲透發(fā)電領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。
在化石燃料持續(xù)消耗、能源需求不斷增長的背景下，開發(fā)環(huán)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(chǎn)生的滲透能是一種穩(wěn)定且可持續(xù)的藍色能源，通常使用反向電滲析技術(shù)（RED）進行收集。然而，目前RED技術(shù)中使用的離子交換膜存在離子選擇性較差、傳質(zhì)不足、膜電阻較大等缺點，阻礙了它們在滲透發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，需要開發(fā)新的離子選擇性膜，實現(xiàn)高效滲透能的收集。
團隊在前期工作中開發(fā)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(fù)合膜，提出了一種經(jīng)濟且可持續(xù)的材料制備策略，用于實現(xiàn)高效滲透能轉(zhuǎn)化（Small，2023）。
大連化物所開發(fā)用于鹽差發(fā)電的自組裝多孔MOF單層膜
在上述研究背景和基礎(chǔ)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(zhuǎn)移至多孔陽極氧化鋁（AAO）膜表面，形成異質(zhì)膜（SAMM@AAO）。該SAMM@AAO膜在100倍NaCl梯度下產(chǎn)生的最大輸出功率達到了6.76W/m2，且其Cl-/SO42-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(zhì)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(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生肖潔。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計劃、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。
