具有离子二极管行为的生物启发的不对称纳米流体离子通道可以提高渗透能量(所谓的蓝能)的转换，特别是如果它们可以容易地构建和修饰的话。二维(2D)金属碳化物和氮化物，称为MXenes，结合了亲水表面和可调表面电荷特性，提供了一种制备不对称纳米流体离子通道的捷径。

近日，华南理工大学Jian Xue，清华大学王海辉教授报道了Ti₃C₂T_x Mxene的离子二极管效应，这是一种以类石墨烯的2D过渡金属碳化物。

文章要点

1）通过选择性地从Ti₃AlC₂ MAX相中去除Al层来制备Ti₃C₂T_x Mxene。得益于水相合成路线，得到的Ti₃C₂T_x MXene纳米片结合了亲水表面、Lewis酸性的钛位置和表面的端羟基，这不仅赋予了表面带负电荷的表面，而且还提供了快速和选择性的离子传输的优点。更重要的是，这种合成路线提供了一个独特的机会来改变层间纳米通道的电荷极性和表面电荷密度。

2）从Ti₃C₂T_x MXene衍生而来，研究人员设计了一种由正电荷MXene(PCM)和负电荷MXene(NCM)层组成的仿生多相MXene膜(BHMXM)，并实现了整流离子传输(整流比高达15.4)。

3）Mxene基离子二极管薄膜可以被认为是半导体系统中更常见的“p-n结”的流体模拟。采用非凡的离子整流技术，应用于渗透能量转换，基于BHMXM的发电机可以通过混合合成海水和河水产生8.6 W m^-2的超高功率密度。对于500倍的盐度梯度，功率密度可达17.8 W m^-2，高于大多数最先进的2D层状和3D多孔纳米流体膜的性能。

这项工作不仅为开发具有离子二极管行为的可控和可扩展的2D纳米流体膜铺平了道路，而且为基于膜的能量收集、海水淡化和先进的分离技术提供了重要的指导意义。

参考文献

Li Ding, et al, Bioinspired Ti₃C₂T_x MXene-Based Ionic Diode Membrane for High-Efficient Osmotic Energy Conversion, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202206152

https://doi.org/10.1002/anie.202206152