Janus三维纳米多孔膜的离子传输性质研究及在盐差发电器件中的应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21875270
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0506.智能与仿生材料化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Electricity can be directly generated from the osmotic pressure difference between seawater and fresh water, termed as blue energy. It is receiving increased attention recent years, for it is considered as a renewable and environmentally benign energy source. However, the conventional membrane used for this application is limited by the inadequate mass ion stream and poor conversion efficiency. This Project aims to develop new porous membrane to design a more efficient osmotic power generator. To achieve this goal, a facile way to assemble robust and large-scale polymeric membrane with 3D pores will be developed. And the fundamental under-mechanism of ionic transmembrane property across Janus membrane in confinement-nanoscales environment will be studied..In this Project:.(i).Develop new nanofabrication methods to prepare porous membrane with controlled and tunable 3D pore size and charge density. A series of copolymers (ionomers) bearing different volume of pendants and charges will be designed and synthesized..(ii).Design and prepare Janus membrane to achieve ionic diode property and study fluid dynamics at nanoscale. Explore how the transmembrane current density depends on the pore size, charge density and membrane thickness; and then build theoretical model..(iii).Construct high-performance osmotic power generators with the goal to achieve a power density up to 5 W/m2 in requirement of industrial energy production..This new-generation membrane will advance the knowledge base in nanotechnology and design of advanced membranes contributing advanced manufacturing capability of China and commitment to developing sustainable energy technologies.
盐差发电作为清洁的、有巨大储值空间的可持续发展的"蓝色能源",是将海水和淡水之间的渗透压差形成能量直接以电能的形式转换出来。该能量在我国有很高的储值量,开发此能源将缓解我国的化石燃料和环境污染压力。但是受制于传统膜的低转换效率"及低输出功率,以膜为基础的盐差发电器件都很难大规模的应用。本项目旨在解决这个难题,以二极管式的Janus三维纳米多孔膜为基础,设计制备大面积高性能的盐差发电器件,以期达到具有工业应用水准的输出功率5W/m2。本项目设计制备孔径/电荷密度可调控的3D多孔膜以及Janus三维纳米多孔膜; 研究在盐差发电能量转换过程中,离子在多孔膜的界面上的输运行为;构筑高转换效率和输出功率的盐差发电器件。本项目将工作的展开将拓展和加深人们对纳米多维度材料设计的认识,以及离子在界面行为理解,促进纳米材料在能源转换材料的开发应用;高性能的能源器件的开发将促进我国能源优化,促进经济发展。

结项摘要

盐差发电作为清洁的、储量巨大的可持续发展的“蓝色能源”,是将海水和淡水之间的渗透压能量直接以电能的形式转换出来。该能量在我国有很高的储值量,开发此能源将缓解我国的化石燃料和环境污染压力。但是受制于传统膜的低转换效率及低输出功率,以膜为基础的盐差发电器件都很难大规模的应用。本项目重点研究“超高离子浓度下的仿生离子通道的离子定向传输”这一科学问题,以三维(3D)多孔膜为基础,制备出一系列系列结构的大面积高强度的Janus三维纳米多孔膜(高电荷密度+小孔),并在此基础上构筑了3D盐度自适应网络聚合物。该项目成功将跨膜离子传输引入到以聚合物为主体的3D纳米多孔膜体系中,打破了浓度对于整流效应的限制,实现了高离子浓度离子定向传输和现实环境下的能量转换体系的离子调控,构筑了高盐环境中高输出功率的盐差发电器件,最大功率密度从1.44 W m-2突破到48.05 W m-2。相关研究成果发表在国际材料领域著名期刊Sci. Adv. Adv. Mater. Adv. Energy Mater. Adv. Funct. Mater. Joule. Matter. ACS Nano. Nano Today. J. Mater. Chem. A等。本项目对工作的展开将拓展和加深人们对纳米多维度材料设计的认识,以及离子在界面行为理解,促进纳米材料在能源转换材料的开发应用;高性能的能源器件的开发将促进我国能源优化,促进经济发展。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improving the Li-S battery performance by applying a combined interface engineering approach on the Li2S cathode
通过在 Li2S 阴极上应用组合界面工程方法来提高 Li–S 电池性能–
  • DOI:
    10.1039/c9ta10301e
  • 发表时间:
    2019-12-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Hao, Junran;Pan, Yuede;Chou, Shulei
  • 通讯作者:
    Chou, Shulei
Bioinspired Nanoporous Membrane for Salinity Gradient Energy Harvesting
用于盐度梯度能量收集的仿生纳米多孔膜
  • DOI:
    10.1016/j.joule.2020.09.009
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Joule
  • 影响因子:
    39.8
  • 作者:
    Yahong Zhou;Lei Jiang
  • 通讯作者:
    Lei Jiang
Unique ion rectification in hypersaline environment: A high-performance and sustainable power generator system
高盐环境中独特的离子整流:高性能且可持续的发电机系统
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aau1665
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Science Advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Xuanbo Zhu;Junran Hao;Bin Bao;Yahong Zhou;Haibo Zhang;Jinhui Pang;Zhenhua Jiang;Zhenhua Jiang;Lei Jiang
  • 通讯作者:
    Lei Jiang
Regulation of bioinspired ion diodes: From fundamental study to blue energy harvesting
仿生离子二极管的调控:从基础研究到蓝色能量收集
  • DOI:
    10.1016/j.nantod.2022.101593
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Nano Today
  • 影响因子:
    17.4
  • 作者:
    Junran Hao;Rong Wu;Jiale Zhou;Yahong Zhou;Lei Jiang
  • 通讯作者:
    Lei Jiang
Polymeric Nano-Blue-Energy Generator Based on Anion-Selective Ionomers with 3D Pores and pH-Driving Gating
基于具有 3D 孔和 pH 驱动门控的阴离子选择性离聚物的聚合物纳米蓝色能量发生器
  • DOI:
    10.1002/aenm.202001552
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Energy Materials
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Xuanbo Zhu;Jundong Zhong;Junran Hao;Yuzhang Wang;Jiajia Zhou;Jingwen Liao;Yujie Dong;Jinhui Pang;Haibo Zhang;Zizhun Wang;Wei Zhang;Weitao Zheng;Zhenhua Jiang;Yahong Zhou;Lei Jiang
  • 通讯作者:
    Lei Jiang

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其他文献

α-氰基丙烯酸乙酯阴离子聚合的
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化学学报 Vol.62, 2004 No.24, 2369-2373
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪信;周亚红
  • 通讯作者:
    周亚红
Property and quantum chemistry
性质和量子化学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周亚红;汪信
  • 通讯作者:
    汪信
异基因造血干细胞移植后慢性移植物抗宿主病危险因素分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国医刊
  • 影响因子:
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  • 作者:
    姚善谦;贾博军;张伯龙;高春记;张晓玲;刘海川;楼方定;王书红;达万明;阮秀霞;于力;李红华;周亚红
  • 通讯作者:
    周亚红

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周亚红的其他基金

基于仿生离子通道的智能调控型微纳米多孔电池隔膜材料的制备及研究
  • 批准号:
    21504097
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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