论文信息：

Self-Assembled Nanoporous Metal−Organic Framework Monolayer Film for Osmotic Energy Harvesting

Jie Xiao, Muyu Cong, Minmin Li, Xin Zhang, Yahui Zhang, Xinjia Zhao, Wenqi Lu, Zhimou Guo, Xinmiao Liang,* and Guangyan Qing*

Adv. Funct. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adfm.202307996

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307996 

近日，大连化物所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组（1824组）卿光焱研究员团队开发了一种带正电的自组装金属有机框架（MOF）纳米颗粒单层（SAMM）膜，在保证膜完整性的前提下实现了对SAMM的功能化修饰，并证实了其在渗透发电领域具有良好的应用潜力。在化石燃料持续消耗、能源需求不断增长的背景下，开发环境友好的可再生能源已成为研究热点。由盐度梯度产生的渗透能代表了一种稳定且可持续的蓝色能源，通常使用反向电渗析技术（RED）进行收集。然而，目前RED技术中使用的离子交换膜存在离子选择性较差、传质不足及膜电阻较大等缺点，阻碍了它们在渗透发电领域的应用。因此，开发新的离子选择性膜，实现高效渗透能收集是十分必要的。

团队在前期工作中开发了一种掺杂聚乙烯醇和氧化石墨烯的纤维素纳米晶自组装复合膜，提出了一种经济且可持续的材料制备策略，用于实现高效渗透能转化（Small, 2023）。在上述研究背景和基础下，本工作中，团队使用聚（甲基丙烯酸甲酯-co-乙烯基咪唑）接枝的UiO-66-NH2纳米颗粒在水−空气界面自组装形成致密的、大面积的、带正电的MOF纳米颗粒单层膜，并将其转移至多孔阳极氧化铝（AAO）膜表面，形成异质膜（SAMM@AAO）。该SAMM@AAO膜在100倍NaCl梯度下产生的最大输出功率达到了6.76 W/m2，且其Cl−/SO42−选择比高达42.2。通过将MOF表面的咪唑分子甲基化，可以进一步将异质膜的最大功率密度提升至10.5 W/m2。本工作是将SAMM膜应用于渗透能收集的首个例子，也为SAMM膜的实际应用迈出了关键的第一步。通过改变MOF材料或接枝在MOF表面的功能基团的种类可以制备其它带电荷的SAMM膜，这将极大地丰富离子选择性膜的类型，为制备具有高离子选择性和高渗透能收集性能的材料提供了新的思维范式。

上述工作以“Self-Assembled Nanoporous Metal−Organic Framework Monolayer Film for Osmotic Energy Harvesting”为题，于近日发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该工作的第一作者是大连化物所1824组博士研究生肖洁。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、大连化物所创新基金等项目的支持。