近日，我院王慧庆副教授课题组与安徽农业大学叶冬冬教授课题组合作，研发出一种全甲壳素多孔纳米片层叠膜基渗透能收集器件，实现全生物质体系在该应用领域输出功率密度性能的突破，相关成果以“Sustainable Chitin-Derived 2D Nanosheets with Hierarchical Ion Transport for Osmotic Energy Harvesting”为题，发表在国际著名期刊《Advanced Energy Materials》(IF=27.8) 。我校化学与化工学院2021级硕士研究生向忠润为论文第一作者。

河水和海水之间的渗透压差形成的渗透能是一种天然的取之不尽的蓝色能源，数量巨大且能满足人类对能源的大部分需求，利用流体在阴/阳离子选择膜纳米通道中独特的传输行为，可捕获不同水体间的吉布斯自由能来提供持续的电能输出。当前二维无机纳米片渗透能纳米流体膜仍然存在如下挑战，主要有：①膜机械性能差，②纳米通道狭窄、离子通量小，③制备过程繁琐，且造价昂贵。

面对以上挑战，王慧庆副教授团队开发了一种生物质纳米片构筑新技术-酸蒸汽“动态镂刻”辅助下，从原本致密本征Bouligand结构的螃蟹壳生物质资源，可控剥离出-表面具有丰富微纳孔、厚1.34nm的甲壳素二维纳米片（2D H-CNS），抽滤组装有序排列堆叠成2D层状膜；依靠纳米片面内通道与片间二维通道双重作用降低离子传输阻力、提高传输通道，并借助纳米生物质力学柔韧性，用于高效渗透能收集。基于2D H-CNS组装膜体系的最大输出功率密度达5.92 W m⁻²。由20个单元串联的RED系统输出电压为2.72 V，输出电流为4.63 μA，可成功驱动计算器、秒表和LED灯，展示了全生物质体系可替代传统无机纳米片膜、增强渗透能收集的可行性。

该研究工作得到国家自然科学基金项目、安徽省重点研发计划和海南省重点研发计划的资助。

近年，王慧庆副教授团队致力于生物质（棉纤维、麦秸秆、蟹壳、虾壳、鱿鱼骨）多样性骨架结构特征下纳米新材料开发，开发并发展了生物质造孔新方法—稀酸蒸汽“动态”水解法(Carbohyd. Polym, 2024, 323, 121370.)，已在3D、2D、1D多维度纳米新结构材料研究上获得系列进展，并尝试为生物质骨架多维度纳米新材料寻找贴合生物质产业高附加值导向的应用研究，如抑制违禁药物提取(Ind.Crop.Prod, 2023, 197, 116580.）、生物聚酯耐热改性剂（CN202210585854.5） 、伤口敷料等。并发现生物质纳米通道离子传输性能的前沿研究价值，发展了生物质在渗透能收集应用(Nano Energy, 2024, 109450.）。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202402304

（王慧庆/文 王慧庆/图 张金锋/审核）