【儀表網 研發快訊】近日，合肥工業大學化學與化工學院王慧慶副教授課題組在生物質基能源收集材料上取得新研究進展，相關研究成果以“2D Chitin Sub-Nanosheets with Extreme lon Transport forNanofluidic sensing”為題，在材料領域國際知名期刊《AdvancedMaterials》發表。
該研究以再生年產百億噸的生物質甲殼素為原料，利用其本征獨特的大層間距、多層結構和較大的晶面剝離能壘及親疏水性差異，采用“擴層—插層—剝層”分步策略，建立精準可控的剝離方法，制備小片徑、高電荷密度的亞納米片(厚度約0.7nm,粒徑50-100nm)，組裝成二維納米流體通道膜，并應用在藍色能源收集上，顯示出超高的輸出功率密度。利用這種優異離子管理能力，該研究成果可應用于監測水母/魚類養殖環境健康，通過檢測離子梯度變化轉化為電壓信號，實現無線遠程監測。本研究為實現低成本、大規模、可持續性高效捕集先進能源和傳感技術提供了新的研究思路。
合肥工業大學為論文的第一和通訊作者單位，安徽農業大學葉冬冬教授為共通訊作者，碩士研究生舒悅和袁開宇為文章的第一作者。本研究得到了國家自然科學基金面上項目(52573110、52473090)、安徽省優秀青年項目(2408085Y025)和海南省重點研發項目(ZDYF2023GXJS019)的支持。
近年來，王慧慶課題組聯合國內外學者在生物質(纖維素、甲殼素)多級結構(三維到二維、一維)的納米調控及其能源應用研究上取得一系列創新進展。如制備厚僅1.34nm甲殼素納米片、組裝濾膜在鹽差半電池，首次實現全生物質納米片高效發電(Advanced Energy Materials,2024,14,2402304)；采用冷凍取向策略改進納米纖維素插層MXene納米片復合膜的有序性，使其鹽差輸出功率密度提升3倍(Nano Energy,2024,109450)，并通過微流控剪切流場誘導，制備出高度有序、堆積致密及高表面電荷密度復合膜，展現出23.7W/m²的鹽差能輸出功率，組裝系統輸出電壓穩定維持在4V以上，可持續驅動LCD顯示器(Nano Letters,2025,25,8939.)。此外，還設計構筑雙梯度微結構氣凝膠纖維，展現出快速軸向液體傳輸和水伏發電性能，通過在商業織物上進行串、并聯集成水伏發電裝置可以為LED屏和燈泡供電，用于戶外照明、危險示警等(Advanced Functional Materials,2025,e10747)。
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