離子液體在聚陽離子膜上的應用

2024-10-22 09:07:48 sh默尼 6

環境資源提供了大量的能源資源，它的戰略性利用對人類生存至關重要。例如，晝夜濕度循環代表了環境濕度水平的日常變化，可為預測天氣情況提供有力證據。然而，目前人們在利用環境濕度循環造福人類方面所做的努力微乎其微。由離子在生物膜上定向移動的跨膜離子通量可以被精確定制和利用，在生理研究、醫療干預和藥物發現等不同領域具有重大效益。滲透能量轉換是跨膜離子通量的應用實例，如利用水從低濃度到高濃度區域遷移產生的壓力變化可用于驅動渦輪機或發電。因此，對跨膜離子通量的戰略控制為改善人類生活和技術進步提供了大好機會。

基于此，來自北京航天大學的李超、中國人民大學的王艷磊、香港理工大學的John H. Xin和香港大學的Shuang Zheng團隊使用環境濕度循環作為跨膜離子傳輸的驅動力，并通過將該技術集成到微流體設備中進一步應用。

離子液體(IL)具有非揮發性，在柔性電子和能量轉換等各個行業中都具有應用價值。由于該設備的有效性取決于空氣濕度與離子液體之間的相互作用，因此具有高吸濕性的質子離子液體是理想選擇。Cl^-能有效地與電極相互作用，可以促進離子電流轉化為可檢測的電信號輸出。因此，研究人員選擇含Cl^-的質子離子液體作為裝置材料。該裝置由夾在兩層離子液體之間的聚陽離子膜組成，其中一層離子液體與空氣隔離（隔離層），而另一層則暴露在大氣中（開放層）。

隨著濕度的增減，膜上持續存在的含水量差異會促進離子通量，而離子通量由多陽離子膜選擇性調節。除了對膜的研究，研究人員還探討了離子交換樹脂層如何影響離子通量和離子電流的產生。他們合成了三種PEA ILs（[PEA₂₃₀]Cl₂、[PEA₄₀₀]Cl₂和 [PEA₂₀₀₀]Cl₂），并將其集成到儀器中測定輸出功率密度。結果發現，與其它由空氣濕度觸發發電的裝置相比，該裝置在功率密度和電流密度方面都有顯著進步，并且具有長期穩定性。