3D Janus多孔膜制備過程及其孔結(jié)構(gòu)表征(圖片來源：Sci. Adv.)
研究團隊通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備了表面帶負(fù)電荷的磺化聚芳醚酮離子聚合物(PAEK-HS)和表面帶正電荷的含吡啶側(cè)基聚醚砜離子聚合物(PES-Py);通過旋涂、相分離等自組裝手段進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)/性能的精確調(diào)控，大面積制備了具有均勻3D多孔結(jié)構(gòu)的Janus微孔濾膜。PES-Py膜厚1μm、孔徑8.50±2.37nm、孔隙率13.82±1.37%，PAEK-HS膜厚10μm、孔徑17.05±6.06nm、孔隙率22.4±1.9%。
側(cè)基含量對PAEK-HS膜結(jié)構(gòu)的影響(圖片來源：Sci. Adv.)
此外，通過離子聚合物(PAEK-HS)側(cè)基含量的控制可實現(xiàn)多孔膜表面電荷密度和孔隙率的精確調(diào)控。隨著側(cè)基含量的增加，表面電荷密度、孔隙率增加。實驗和理論分析表明該3D Janus多孔膜的表面高電荷密度和較窄的孔徑分布賦予多孔膜在高鹽體系中良好的離子選擇和整流性能。Janus膜表面的高電荷密度打破了鹽濃度對于離子選擇和整流的限制，降低了膜內(nèi)能量損耗，保證了Janus膜的高功率轉(zhuǎn)換效率。
3D Janus膜離子傳輸性能表征(圖片來源：Sci. Adv.)
通過負(fù)載電阻和膜電阻對Janus膜輸出功率和輸出電流密度的系統(tǒng)考察，多孔膜的高孔隙率能夠提高器件的輸出功率密度。將該Janus多孔膜(Janus PES-Py/HS20)用于鹽濃差滲透驅(qū)動發(fā)電，基于模擬海水/淡水鹽度差實現(xiàn)發(fā)電機輸出功能率達(dá)2.66瓦/平方米，在更高鹽度差環(huán)境下(濃度梯度500倍)輸出功率可提高至5.1瓦/平方米。
3D Janus多孔膜的超高輸出功率密度(圖片來源：Sci. Adv.)
基于離子聚合物穩(wěn)定的剛性骨架分子結(jié)構(gòu)，該3D Janus多孔膜展現(xiàn)出優(yōu)異機械性能、耐熱性能及耐水性。此外，串聯(lián)結(jié)構(gòu)的Janus多孔膜鹽濃差發(fā)電體系能夠驅(qū)動計算器穩(wěn)定工作120h而未呈現(xiàn)電流衰減，表明該Janus多孔膜發(fā)電機具有卓越的物理/化學(xué)穩(wěn)定性。
3D Janus多孔膜物/化性測試及串聯(lián)發(fā)電應(yīng)用(圖片來源：Sci. Adv.)
總結(jié)
