該論文基于多酸和金納米粒子材料設計了一種“等離子體電子海綿膜”，并將其用于滲透能收集，研究展示了等離子體電子海綿膜在納流控滲透能收集方面的潛力，強調了等離子體電子海綿膜在調整表面電荷、調節離子輸運動力學，以及提高納米流體滲透能量轉換性能等方面的關鍵作用。
從海水和河水之間的鹽度梯度中獲得的巨大滲透能是一種極具潛力的藍色能源，可以通過反向電滲析（Reverse electrodialysis，RED）提取。作為 RED 的核心成分，滲透選擇性膜在納米流體滲透能量收集中起著重要作用。然而，現有的納流控膜的輸出功率密度仍然無法實現大幅度提升，這主要是由于其滲透選擇性不足增加了吉布斯自由能的損失。到目前為止，通過加入帶電納米材料、接枝官能團或修改相結構等方法調整表面電荷，在一定程度上提高了離子的選擇性。然而，目前的改進效果還遠不能令人滿意，復雜的制備工藝也嚴重限制了它們的應用，因而迫切需要新的策略用來增強納米多孔膜的表面電荷和實現高性能滲透轉換。
近日，南京師范大學王琛教授與華南師范大學蘭亞乾教授團隊在Nature Communications上發表了題為“Polyoxometalate-based plasmonic electron sponge membrane for nanofluidic osmotic energy conversion”的研究論文。在這項工作中，開發了一種基于多金屬氧酸鹽（Polyoxometalates，POMs）的等離子體電子海綿膜（Plasmonic Electron Sponge Membrane，PESM），用于滲透能量轉換。首先，利用液-液界面自組裝技術制備了Au@POMs納米膜，并將其轉移到陽極氧化鋁（Anodic Aluminum Oxide，AAO）表面，形成Au@POMs/AAO納米流體膜（PESM）。其中，Au NPs作為電子供體，H3PW12O40（以下簡稱PW12）作為電子受體，AAO是支撐Au@POMs納米膜的納米通道基底。在光照射下，連續的熱電子產生并從Au NPs轉移到PW12，而熱空穴被水清除。因此，所制備的PESM為離子穿透提供了更高的電荷密度和更低的能壘，從而提高了界面輸運效率，提高了滲透能量轉換。此外，Au@POMs和AAO之間固有的結構和電荷不對稱性使PESM具有穩定的離子電流整流（ICR）特性，可以有效抑制離子濃度極化，進一步提高離子的選擇性和滲透性。結果表明，在光照射條件下，由PW12制備的PESM的最大輸出功率密度可達到70.4W·m?2（500倍NaCl梯度）。采用P2W18和P5W30配體，功率密度可以分別提高到79.6W·m?2和102.1W·m?2。結果表明，通過改變多金屬氧酸鹽的類型，我們的方法可以推廣到合成具有不同組成和形態的有序雜化納米結構，對納流控膜的合理設計具有深遠的意義。
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