材料科学与工程学院仿生智能材料团队在渗透能收集领域获重要进展

新闻网讯 近日，我校材料科学与工程学院仿生智能材料团队在渗透能收集研究方面取得重要突破。相关成果以“High-performance Janus aramid nanofiber membranes for osmotic energy harvesting”为题发表在国际期刊Journal of Membrane Science（中国科学院一区Top，https://doi.org/10.1016/j.memsci.2026.125511）上。论文第一作者为青岛大学博士研究生彭村；共同通讯作者为青岛大学隋坤艳教授、李思成副教授和范汶鑫教授。青岛大学为唯一通讯单位。该研究工作得到了“重点新材料研发及应用”国家科技重大专项、山东省重点研发计划项目等项目资助。

目前，利用海水与河水盐差梯度进行渗透能（蓝色能源）收集是一项前景广阔的清洁能源技术。反向电渗析（RED）技术可直接将渗透能转化为电能，是收集渗透能的主流技术，其核心部件是离子选择膜。然而，现有的离子选择膜材料在同时满足高功率密度、优异机械强度、长期稳定性方面存在重大挑战。芳纶纳米纤维（ANF）具有芳纶纤维的高强高模特性以及优异环境稳定性，同时又具备纳米材料独有的超大比表面积和易加工性，是先进膜材料的理想构筑单元。但是，由于ANF表面电荷密度不足，导致其在渗透能收集应用中输出功率密度偏低，限制了实际应用。为此，研究团队提出了一种新型Janus结构芳纶纳米纤维膜。他们首次通过1,4-丁磺酸内酯与芳纶纳米纤维发生开环加成反应，成功在纤维表面接枝了磺酸基团，制备了磺化芳纶纳米纤维。随后，利用真空辅助过滤技术，将ANF层与磺化SANF层复合，构建出具有电荷密度梯度的Janus膜。该结构增强了表面电荷密度，并引入离子二极管效应，实现了定向、高效的离子传输。该膜同时实现了>11 W/m²的高功率密度和>120 MPa的高强度，以及在苛刻环境中的长期稳定性，解决了渗透能收集领域中长期存在的“强度-功率-稳定性”难以兼得的难题。