自然盐度梯度下外表面电荷赋能的高性能纳米流体渗透发电

高性能渗透能量转换（OEC）要求纳米孔同时具备高离子选择性和高渗透性。在此，通过对单个带电纳米孔表面对OEC性能影响的系统探究，我们发现低浓度侧的外表面（surfaceL）对于实现高性能渗透发电至关重要，它可同时显著改善离子选择性和渗透性。对离子传输的详细研究表明，带电表面附近的双电层为反离子提供了高速通道。带电的surfaceL通过扩大有效扩散面积增强阳离子扩散，并借助静电排斥抑制阴离子传输。我们考虑了不同面积的外带电表面，以模拟实际应用中具有不同孔隙率的膜。通过调节surfaceL上带电环形区域的宽度，单纳米孔的电功率从 0.3 pW 增至 3.4 pW，并在宽度约 200 nm 处出现平台；功率密度从 4200 W/m2 升至 4900 W/m2 后单调下降，在带电宽度约 480 nm 处达到商业化基准，而能量转换效率可从 4% 提升至 26%。我们的结果为高性能渗透能量收集用纳米多孔膜的设计提供了有益指导。