摘要：在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一.渗透能因为储量大,容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注.反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一,目前已经得到了深入的研究与发展.离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件,其性能的优异程度决定能量转换效率的高低.常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物,最近一些二维材料如石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、纳米级通道、丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料.本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理;例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用;最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.

摘要：河水与海水之间存在的渗透能是一种新型、可持续的能源,并引起了人们的广泛关注.其中,通过反向电渗析技术,纳流体膜能够从盐度梯度中捕获这种能量.然而,目前的膜材料存在一些不足,例如膜阻过高、稳定性差以及电荷密度低等,这在很大程度上限制了它们的进一步应用.在这项研究中,我们设计了一种高性能的纳米复合膜,该膜采用纤维素为主体并与氧化石墨烯复合,具有类似“水泥-鹅卵石”结构的稳定骨架,有利于增强离子跨膜传输.在人工河水和海水环境中,复合膜的输出功率密度可达5.26 W m^(−2).此外,该膜在质子梯度条件下的功率密度超过67 W m^(−2),且具有良好的耐酸性能,可长期使用.复合膜应用的多样性得益于机械强度高的纤维素与氧化石墨烯纳米结构间的结合作用.在这项工作中,我们展示了利用化学势梯度提取能量并且实现工业废水处理的前景.

摘要：反向电渗析热机技术通过"热能-化学势能"和"化学势能-电能"两个转化过程完成电力生产,是一种新型的低品位余热利用技术.热机由发生单元及反向电渗析电池单元构成,分别对应上述两个转化过程.其中,发生单元对系统性能有显著影响,故本文从提升发生单元效率和系统性能出发,系统地综述了发生单元工质和发生方法的研究进展.通过探究溶剂和溶质特性对发生单元及系统性能的影响机理,凝练出工质筛选原则:反向电渗析热机适合于低汽化潜热、低沸点、高活度系数和高电导率的工质.调研发现,现有发生方法主要有蒸馏法、膜蒸馏法和热分解法,其中蒸馏法为最常见的发生方法.3种发生方法的效率较低,不可逆损失大,未来研究可聚焦于系统最优浓度梯度的构建以及发生单元与发电单元的参数匹配.此外,反向电渗析热机技术除了设计用于回收低品位工业余热,亦可用于回收太阳能和地热能等中低品位可再生能源,促进新能源的高效利用.同时,热机工作时伴随有电极反应,表明采用反向电渗析热机进行发电的同时,亦可进行污水处理、有机物降解、制氢及废酸、废碱中和处理.