由於獨特的帶隙和片層結構，二硫化鉬（MoS2）在光電檢測、催化、能量儲存領域展現了巨大的潛力。研究人員使用單層二硫化鉬奈米孔道在滲透能轉換方面進行了驗證性的研究。結果表明，受益於固有表面電荷以及原子層厚度，MoS2單奈米孔實現了高效的選擇性離子傳輸，從而產生超高的滲透能輸出功率。然而，這種原子層厚度的單孔二硫化鉬實際的應用受到極大的限制，目前基於MoS2的宏觀奈米流體膜進行滲透能轉換的研究鮮有報道。因此，實現從單孔奈米級的通道到宏觀納流體膜的製備以及高效能的鹽差能轉換具有重大挑戰和意義。

圖1. 金屬相二硫化鉬複合膜實現滲透能轉換

近日，中科院理化所江雷院士、聞利平研究員團隊將化學剝離的高濃度金屬相MoS2奈米片與一維奈米纖維素（CNF）相結合，製備了高強度、穩定的二維MoS2複合膜。研究結果表明，相比於半導體相二硫化鉬膜，高濃度金屬相二硫化鉬具有高效的離子傳輸和滲透能轉換效能。在混合的人工模擬海水和河水體系中，金屬態二硫化鉬複合膜實現了5.2 W m-2的功率輸出。模擬結果進一步證明，具有高電子態的親水金屬相二硫化鉬具有更高的離子吸附效能，從而實現高效滲透能轉換。該工作證實了金屬態MoS2在滲透能轉換領域的巨大的應用潛力，同時為其它過渡金屬二鹵化物（如WS2、MoSe2和WSe2）在鹽差能轉換方面的研究提供理論上的借鑑與指導。

圖2. 兩相特性和滲透能轉換對比

該工作近期發表在Journal of the American Chemical Society 上。

Metallic Two-Dimensional MoS2 Composites as High-Performance Osmotic Energy Conversion Membranes

Congcong Zhu, Pei Liu, Bo Niu, Yannan Liu, Weiwen Xin, Weipeng Chen, Xiang-Yu Kong, Zhen Zhang*, Lei Jiang, Liping Wen*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c11251

導師介紹

江雷

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聞利平

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