本报讯（记者 马长蕊）3月8日，我校环境与市政工程学院王磊教授团队在Nature子刊《自然·通讯》上发表题为《二维卟啉基金属有机框架膜的光响应超快离子传输及其在离子能回收中的应用》的论文，这是团队继2024年1月在该刊物上发表《蛭石异质纳米通道膜在实际高盐体系中的渗透能回收》后的又一研究成果。两篇论文的第一作者均为王琎教授，通讯作者为王磊教授等，我校为论文的第一完成单位。
　　近年来，蕴藏于海水、卤水和高盐工业废水等自然与工业资源中的“蓝色能源”——渗透能（盐差能），因其储量大、可再生等特点，受到了研究者的广泛关注。盐浓度比重不同的水之间会产生渗透现象。渗透时对作为隔膜的半透膜产生的压力被称为渗透压力，由渗透压力产生的能量被称为渗透能（盐差能）。而具有离子分离特性的功能薄膜是渗透能（盐差能）转换为电能的关键材料。
　　但在渗透能的实际回收过程中，水体的高盐浓度往往会导致分离膜的离子选择性和扩散性大幅下降，从而严重制约了相关技术的应用与推广。
　　王磊教授团队长期专注于离子分离领域的基础研究以及海水、盐湖、工业废水中资源与能量回收的应用研究。团队在膜分离技术领域围绕环境废弃物有价资源回收、离子精准分离、盐差能回收和分离膜污染防控等方面开展了大量基础研究工作。该团队开发的基于二维蛭石纳米材料的异质纳米通道膜，具有独特的结构，实现了离子在膜内“初步富集+二次分离”的选择性传输行为。得益于此，即使在高浓度盐度为5M（盐度梯度为500倍）的极端条件下，蛭石纳米通道膜仍表现出高效稳定的渗透能回收性能，输出功率密度可达33.76瓦每平方米。
　　在随后的研究中，团队设计了一种基于二维卟啉金属有机框架的仿生纳米流体系统，得益于二维卟啉基金属有机框架固有的纳米多孔结构和水平层间通道，卟啉基金属有机框架膜表现出了极高的离子渗透性，大幅提升了离子电导水平，促进盐差能向电能的高效转化，其发电功率密度达到16.64瓦每平方米。
　　此外，卟啉基金属有机框架的优异光热转化特性为利用光照控制离子传输提供了可能。通过将太阳能与盐度梯度相结合，增强了离子传输的驱动力，可进一步提高盐差能转化性能，在光照条件下功率密度转化达到非光照条件下的两倍。
　　值得注意的是，高效的光驱动离子传输打破了盐差能回收对溶液浓度梯度的依赖。在光照条件下，卟啉基金属有机框架膜可在无浓度差体系中实现了0.82瓦每平方米的功率密度。这一研究为太阳能/离子能协同回收提供了新的思路，对于实现储备新能源技术、培育未来新质生产力具有重要意义。