近日，中国科大苏州高等研究院张振教授团队与中科院理化技术研究所闻利平教授团队合作，揭示了二维限域空间下离子液体介导离子传输及渗透能转换的新机制，相关研究成果以“Confined ionic liquid-mediated cation diffusion through layered membranes for high-performance osmotic energy conversion”为题，发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202301285)。

渗透能储量丰富、分布广泛，转化高效且输出稳定，其开发对未来进一步提高能源结构中稳定清洁能源的比例有着重要意义。离子选择性膜作为渗透能收集的核心组件，存在选择性低、易溶胀等不足。作为现阶段研究热点的二维纳米流体膜也仍存在由于浸润不充分和水稳定性差而带来的离子传输不足的问题。针对上述挑战，本研究报道了具有超快离子传输能力的离子液体（IL）注入的氧化石墨烯膜，并揭示了限域空间内IL如何介导选择性阳离子扩散。IL的注入赋予二维膜优异的机械强度、抗溶胀性和水稳定性。重要的是，与水不混溶的IL提供了传输介质，允许离子部分脱水以进行超快离子传输。通过分子动力学模拟和有限元建模，证明了GO诱导IL解离与重排，带来额外的空间电荷，可以与表面电荷协同耦合。在50倍浓度梯度下，功率密度可达到6.7 W m-2的创纪录值，优于GO膜和最先进的GO基复合膜。由于IL和二维材料的多样性，该研究工作为促进纳米流体能量转换提供了一种新策略。

传统二维膜离子传输与二维限域离子液体介导离子传输示意图

张振教授为本文的共同通讯作者，中国科学技术大学苏州高等研究院为本文的共同通讯单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202301285