该论文基于多酸和金纳米粒子材料设计了一种“等离子体电子海绵膜”，并将其用于渗透能收集，研究展示了等离子体电子海绵膜在纳流控渗透能收集方面的潜力，强调了等离子体电子海绵膜在调整表面电荷、调节离子输运动力学，以及提高纳米流体渗透能量转换性能等方面的关键作用。
从海水和河水之间的盐度梯度中获得的巨大渗透能是一种极具潜力的蓝色能源，可以通过反向电渗析（Reverse electrodialysis，RED）提取。作为 RED 的核心成分，渗透选择性膜在纳米流体渗透能量收集中起着重要作用。然而，现有的纳流控膜的输出功率密度仍然无法实现大幅度提升，这主要是由于其渗透选择性不足增加了吉布斯自由能的损失。到目前为止，通过加入带电纳米材料、接枝官能团或修改相结构等方法调整表面电荷，在一定程度上提高了离子的选择性。然而，目前的改进效果还远不能令人满意，复杂的制备工艺也严重限制了它们的应用，因而迫切需要新的策略用来增强纳米多孔膜的表面电荷和实现高性能渗透转换。
近日，南京师范大学王琛教授与华南师范大学兰亚乾教授团队在Nature Communications上发表了题为“Polyoxometalate-based plasmonic electron sponge membrane for nanofluidic osmotic energy conversion”的研究论文。在这项工作中，开发了一种基于多金属氧酸盐（Polyoxometalates，POMs）的等离子体电子海绵膜（Plasmonic Electron Sponge Membrane，PESM），用于渗透能量转换。首先，利用液-液界面自组装技术制备了Au@POMs纳米膜，并将其转移到阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide，AAO）表面，形成Au@POMs/AAO纳米流体膜（PESM）。其中，Au NPs作为电子供体，H3PW12O40（以下简称PW12）作为电子受体，AAO是支撑Au@POMs纳米膜的纳米通道基底。在光照射下，连续的热电子产生并从Au NPs转移到PW12，而热空穴被水清除。因此，所制备的PESM为离子穿透提供了更高的电荷密度和更低的能垒，从而提高了界面输运效率，提高了渗透能量转换。此外，Au@POMs和AAO之间固有的结构和电荷不对称性使PESM具有稳定的离子电流整流（ICR）特性，可以有效抑制离子浓度极化，进一步提高离子的选择性和渗透性。结果表明，在光照射条件下，由PW12制备的PESM的最大输出功率密度可达到70.4W·m−2（500倍NaCl梯度）。采用P2W18和P5W30配体，功率密度可以分别提高到79.6W·m−2和102.1W·m−2。结果表明，通过改变多金属氧酸盐的类型，我们的方法可以推广到合成具有不同组成和形态的有序杂化纳米结构，对纳流控膜的合理设计具有深远的意义。
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