3月12日，從黑龍江大學(xué)獲悉，該校研究團(tuán)隊(duì)在“能帶結(jié)構(gòu)匹配的半導(dǎo)體納流體用于光—電—離子介導(dǎo)的超高滲透能轉(zhuǎn)換”方面取得最新成果，提供了一種開發(fā)“藍(lán)色能源”的新路徑。相關(guān)研究成果于日前刊發(fā)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》上。
隨著全球能源危機(jī)加劇以及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，新型清潔能源的探索與利用已成為當(dāng)前科研領(lǐng)域亟待解決的核心議題。在海洋與淡水交匯的獨(dú)特生態(tài)環(huán)境中，鹽差能作為一種蘊(yùn)藏量巨大、環(huán)境友好且可持續(xù)利用的能源形式，開發(fā)潛力巨大，被譽(yù)為“藍(lán)色能源”。反向電滲析技術(shù)作為一種前沿轉(zhuǎn)換技術(shù)，能夠?qū)Ⅺ}差能直接且高效地轉(zhuǎn)換為電能，該技術(shù)核心組件在于高性能離子選擇性膜材料。然而，傳統(tǒng)離子選擇性膜材料因離子傳輸阻力顯著、能量轉(zhuǎn)換效率低下等固有缺陷，嚴(yán)重阻礙輸出功率密度進(jìn)一步提升，進(jìn)而難以滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于高效、穩(wěn)定能源輸出迫切需求。
針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)依托功能無機(jī)材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成功設(shè)計(jì)并制備了基于能帶結(jié)構(gòu)匹配的二維半導(dǎo)體納米片納流體器件，該器件展現(xiàn)出Ⅱ型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)特征。其獨(dú)特的非對(duì)稱通道結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化的表面電荷分布策略，顯著降低了濃差極化效應(yīng)的影響。同時(shí)，研究通過構(gòu)建高效的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的電子—空穴對(duì)分離，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)，有效減緩跨膜電勢(shì)的降低，促進(jìn)“光—電—離子”轉(zhuǎn)換過程連續(xù)性。在光照條件下，該器件在等滲溶液中展現(xiàn)出2.55μAcm⎺²光電流輸出性能，有效利用光能促進(jìn)離子跨膜傳輸。尤為重要的是，該器件鹽差轉(zhuǎn)換輸出功率密度達(dá)到890Wm⎺²。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)光能、滲透能等清潔能源綜合高效利用提供了切實(shí)可行的途徑。
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