《離子徑跡法製備納米孔道的溫差電效應研究》是依託廈門大學，由曹留烜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離子徑跡法製備納米孔道的溫差電效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹留烜
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
人工納米孔道的研究備受關注，在仿生離子通道、單分子檢測和新一代DNA測序技術等方面有重要的套用。利用離子徑跡法製備高分子納米孔具有可控性強、相容性好、內表面電荷密度高、易於修飾等優點，已經成為國際上納米孔研究的熱點。但是，目前對納米孔道中的能量轉化的研究還十分匱乏，僅有壓電效應和濃差發電方面的工作。根據已有的對納米孔道輸運特性的了解，可以預計納米孔道在能量轉化方面還有巨大的潛力，有許多新現象有待探索。. 本項目利用離子徑跡刻蝕技術在高分子膜上製備納米孔道，開展以離子選擇性納米孔道溫差電效應（即由納米孔兩端溶液的溫度差導致電流的現象）為主的能量轉化研究。在實驗和理論上，研究影響能量轉化和輸出的主要因素，並建立定量的物理模型，揭示納米孔道內新的能量轉化現象，探索納流體系中微觀輸運的新機理。
結題摘要
在全球能源短缺的背景下，傳統的化石能源帶來嚴重的污染問題，清潔能源技術成為人類社會可持續發展的關鍵。河水與海水之間的鹽度能，是一種潛在的清潔能源能夠滿足日益增長的能源需求。基於納米孔道的能量轉化體系憑藉其優異的輸運特性，包括離子選擇性強、離子流密度高等，在濃差發電效應中具有超越商用的離子交換膜的表現，因此受到大量的研究關注。基於已有的研究成果和對納米孔道能量轉化機制的認識，我們發現只要納米孔道的雙電荷層記憶體在使得陰陽離子發生電荷分離作用的機制，納米孔就能夠產生淨電流，絕不僅僅局限於納米孔兩端存在離子濃度梯度和壓強差的情況。因此，我們預計納米孔體系在更廣的範圍內具有能量轉化的潛力，例如存在溫度差的環境中將內能轉化為電能的能力和在不同化學活度下將化學能轉化為電能的過程。 本項目按照研究計畫，開展了兩部分工作。 第一、通過在核孔膜-石墨烯複合材料兩端構建不同溫度條件，實驗數據表明，當孔道兩端存在溫度梯度的時候，孔道中能夠產生定向電流。即通過離子選擇性的納米孔道將溫差轉化為電能。理論模擬的結果說明了電能轉化的過程與機制。 第二、我們發展了用於多孔體系的數值模擬的方法，並對多孔體系中的離子輸運現象進行了研究。我們的模擬方法，能夠大大簡化計算量，同時模擬結果能夠與實驗數據很好的吻合。我們利用該模擬方法對多孔體系中的離子輸運與能量轉化過程進行了細緻的研究，發現了能量轉化過程中反常的膜厚依賴效應，超薄膜離子選擇性的產生機理和多孔濃差發電對孔密度的依賴性。相關結果部分已經發表，部分正在投稿過程中。 在本項目科研經費的支持下，共培養碩士研究生4名，博士研究生1名。本項目的研究工作共產生5篇文章，一篇高影響因子的文章已經接收（Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1604302，IF=12.12），目前有兩篇SCI文章正在審稿後修訂階段，預計在未來三個月能夠接收，還有兩篇文章正在投稿，預計未來半年內能夠有成果。
