嵌入在二维纳米材料中的纳米孔是一种很有前途的渗透发电技术。
近日，加拿大麦吉尔大学Walter W. Reisner，Peter Grutter报道了一种将基于薄膜纳米孔的渗透发电技术从单孔阵列扩展到多孔阵列的方法。采用这种方法来探索阵列几何结构如何影响发电性能。
文章要点
1）研究人员在一个坚固的12 nm厚的SiN膜上涂上了一层六方氮化硼（hBN）单层，以弥补2D膜固有的机械易碎性，同时利用hBN的高表面电荷获得出色的选择性。然后使用最近开发的纳米孔制备技术，尖端控制的局部击穿（TCLB），在hBN/SiN膜中形成可变直径的纳米孔。TCLB可以产生足够小的孔（d=4−16 nm）以达到最佳的选择性。同时TCLB的纳米级定位能力可以制造具有受控空间定位的孔阵列，从而可以研究多孔系统和孔−孔相互作用。
2）研究人员利用TCLB制备了3×3纳米孔阵列，孔与孔之间的间距从100−1000 nm不等，从而能够定量测试孔密度对单位面积功率输出的影响，这是一个关键的器件性能指标。基于电解质浓度和pH的函数测量的孔电导值证实了体系中表面电导对体电导率的优势。虽然较厚的hBN/SiN杂化膜的渗透电导低于悬浮的hBN，但观察到较高的渗透功率密度，这是由于hBN表面电荷密度的增加，导致通过直径为10 nm的纳米孔的选择性离子传输增强所致。
3）研究结果表明，当孔与孔之间的间距约为500 nm时，膜的选择性和总功率密度最优，这平衡了对高孔密度的需求，同时保持了每个孔周围较大范围的带电表面。
参考文献
Khadija Yazda, et al, High Osmotic Power Generation via Nanopore Arrays in Hybrid Hexagonal Boron Nitride/Silicon Nitride Membranes, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04704
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04704
