具有表面电荷纳米通道的纳米流体膜因其在纳米尺度上智能控制离子传输的优异性能而被广泛用于能量转换。基于离子选择性，纳米流体膜在能量转换、水淡化、DNA操纵和生物传感器应用方面具有巨大的应用潜力。然而，大规模制造具有可调通道取向和大量纳米通道或纳米孔的强健纳米流体材料仍然具有挑战性。木材是地球上最丰富的生物质资源之一，具有巨大的应用潜力。排列整齐的纤维素纳米纤维、纳米孔和带负电荷的表面使木材成为一种天然纤维基纳米流体材料。
有鉴于此，美国马里兰大学胡良兵教授报道了通过部分脱木素和原位形成的PVA/PAA水凝胶进入天然木质支架的通道，开发了一种具有3D互联的多孔微结构，坚固的、高导电性和可伸缩的木材水凝胶膜。
文章要点
1）这种木材水凝胶膜的3D互联介孔结构具有两个优点：i）木材水凝胶保留了大量的纤维素纳米纤维和水凝胶的交联网络中丰富的纳米通道；ii）由于水凝胶中引入了丰富的−COOH和−OH官能团，其具有电荷密度为−2.53 mC m-2的负电荷表面。同时，双峰微孔结构对木材水凝胶膜的离子传输起着重要的作用。
2）这些优异的特性使得开发的木材水凝胶膜具有52.7 MPa的高拉伸强度和极高的离子导电性（在10 mM以下的低浓度下约为1×10−3 S cm−1，比天然橡胶高2个数量级）。同时，这种木材水凝胶膜在离子传输和机械稳定性之间也实现了良好的平衡。在不损失膜的结构完整性和强度的情况下，获得了快速的跨膜离子传输。此外，当AA含量从25 wt%增加到50 wt%时，木材水凝胶膜在1000倍的盐度梯度下的最大输出功率密度为2.7 mW m−2。通过旋转切割和化学改性，可以规模化现有巴沙膜，为实际应用提供盐度梯度动力。
木材水凝胶膜是一种可伸缩、绿色和可再生的纳米流体材料，有望推动木质材料在可持续能源收集方面取得实质性进展。
参考文献
Gegu Chen, et al, Scalable Wood Hydrogel Membrane with Nanoscale Channels, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c10117
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10117
