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导读：
源自海洋的蓝色渗透能（盐差能）是一种储量广泛、环境稳定性强的新型清洁“零碳”能源。盐差能发电基于自然海水和淡水之间的盐度梯度实现化学能转换为电能，整个过程无污染物和二氧化碳排放，目前基于纳流体离子选择透过膜的反向电渗析技术是实现高效盐差能发电的一种重要途径。
在自然界中，天然黏土片层材料（蒙脱土、高岭土、蛭石等等）具有本体带电、成本低和剥离工艺简单等优势，是构筑二维纳米流体通道膜的理想材料。
2020年，北京工业大学张倩倩教授团队和北京航空航天大学刘兆阅副教授团队合作，基于蒙脱土黏土材料构筑了具有丰富纳米通道的二维纳米流体膜，获得了最高0.15 W m-2（1000倍盐差KCl体系）的盐差能输出，并利用温敏分子功能化改性实现了能量输出强度的智能温度门控调节【Nano Energy 76 (2020) 105113】。
然而，受限于黏土基纳流体膜的低机械强度和弱电负性等因素，构筑的盐差发电体系的能量输出功率和环境稳定性都有很大提升空间。
近日，
北京工业大学张倩倩、刘晶冰（共同通讯作者）团队和北京航空航天大学刘兆阅团队持续之前的研究工作，基于纳米纤维插层增强增韧改性策略显著提升了黏土基二维纳流体膜的盐差能量转换性能。首先，工作采用芳纶纳米纤维（ANF）插层的蒙脱土（MMT）二维纳流体通道，极大提升了薄膜的机械强度（114 MPa）；
其次，电负性ANF的引入同时增强蒙脱土纳米通道的空间电荷，进一步提高阳离子选择性，实现K+离子迁移数达到0.75（MAX = 1）。在50倍（0.5 M/0.01 M KCl）盐差条件下，构筑的芳纶纤维增强蒙脱土二维纳流体膜（ANF@MMT）获得的最大盐差能量输出功率达5.16 W m-2，与之前工作相比具有数量级的提升，达到了盐差发电技术的工业化水平（＞5.0 W m-2），且可与当前研究报道的主流二维纳流体膜（氧化石墨烯、MXene）相媲美。
更重要的是，
黏土基二维纳流体膜成本极低，相比于氧化石墨烯和MXene等二维材料成本降幅约为93%。极低成本和易于规模化制备等优势使得以MMT为代表的黏土基二维纳流体膜在大规模盐差能量收集方面具有广阔的应用前景。此外，在不同水环境（酸性、碱性、高温）中，ANF@MMT二维纳流体膜均表现出优秀的稳定性和可观的能量输出。
该研究为研发
低成本、高性能的纳流体膜提供了新的视角，为蓝色渗透能量收集提供绿色、便捷、经济、环保的解决策略，有望大力推进盐差能发电技术的大规模应用发展。相关成果以 “Nanofiber-reinforced clay-based 2D nanofluidics for highly efficient osmotic energy harvesting” 为标题发表于国际著名期刊《Nano Energy》，北京工业大学硕士研究生秦汝楠和博士研究生唐家东为本文共同第一作者。
图3 纳米纤维增强黏土基二维纳流体膜的盐差能量转换特性
图4 纳米纤维增强黏土基二维纳流体膜应用于不同水环境的盐差能量转换特性
本工作采用纳米纤维插层增强增韧策略，显著提升了黏土基二维纳流体膜的盐差发电能力。构筑得到的纤维增强二维黏土膜具有极低成本（相比GO和MXene，成本降幅93%）、高机械强度（114 MPa）、高阳离子选择性（模拟海河盐度下，离子迁移数为0.75）、极端环境稳定等特点，在大规模渗透能量收集方面展现出巨大的实际应用潜力。
工作中提出的二维纳米流体膜设计理念可扩展于其他黏土类材料，为低成本、高性能的二维纳流体膜的发展提供新的见解，有望推进新型零碳蓝色能源的高效收集和利用。
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