纳米多孔膜中的耦合电动力学输运：孔间相互作用的影响

液体通过纳米孔的输运在许多应用中至关重要，从水净化到生物传感或能量收集。在这些应用中，极薄纳米孔因能增加驱动势并尽可能减少耗散源而备受关注。我们在此研究通过超薄纳米多孔膜利用流动电流（液/固界面附近离子流诱导的电流）或电渗（电势诱导的流速）进行电力生成的效率。当考虑低长径比纳米孔时，由于三维入口效应导致孔间相互作用，从单孔到纳米多孔膜的升尺度并不简单。尽管这些相互作用在直接输运（膜的水动力渗透率、离子电导）中已被考虑，但在考虑耦合输运时会出现特定效应。我们在此得到包含表面传导的纳米多孔膜电渗迁移率表达式，并通过数值评估结果表明：(i) 它主要取决于孔间距；(ii) 它随孔数呈亚线性。改变孔的空间组织（方形、六边形、无序结构）揭示这些输运性质仅依赖于一个参数，即膜的孔隙率（若膜材料/厚度等其他参数保持不变）。最后，当考虑能量转换效率时，表明增加孔数有害，并报道了随盐浓度非单调的行为。