藍色能源是一種源自鹽度梯度的清潔能源，受到了越來越多研究人員的關注。它可以通過帶電荷的膜來收集，這些膜通常由無定形材料組成，由于其無序結構和低電荷密度，因此功率密度較低。

晶體材料具有固有的有序多孔結構，為克服這些限制提供了一種有希望的替代方案。其中，分子篩是一種具有有序亞納米流體通道和可調電荷密度的晶體材料，特別適合于此目的。

2024年12月2日，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）賴志平教授在國際頂級期刊Nature Communications發表題為《Zeolite membrane with sub-nanofluidic channels for superior blue energy harvesting》的研究論文，魏瑞聰、劉小偉為論文共同第一作者，賴志平教授為論文通訊作者。

賴志平，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）化學與化學工程學院教授，開啟MOF膜領域的先驅之一。1995年、1998年本碩畢業于清華大學，2003年在馬薩諸塞大學阿默斯特分校獲得博士學位。現任職于阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）。

賴志平教授的研究興趣主要集中于具有有序多孔結構的無機膜的合成、表征和應用，已發表174篇論文，被引超過17000次，h-index為65；獲9項專利。

在這里，作者展示了NaX分子篩作為藍色能源生產的高性能膜的功能。NaX分子篩膜在50倍的NaCl濃度梯度下實現了21.27 W m^-2的功率密度，超過了類似條件下最先進的膜的性能。

在實際場景下測試時，其在紅海/河流、死海/河流和青海鹽水/河流配置下的功率密度分別為29.1?W?m^-2、81.0?W?m^-2和380.1?W?m^-2。

值得注意的是，該膜在高堿性條件（~0.5?M NaOH）下有效運行，并選擇性地將CO₃^2-與OH?離子分離，選擇性為25。

這些結果強調了分子篩膜在藍色能源方面的潛力，為該領域開辟了更多機會。

圖1：NaX分子篩膜的表面電荷和結構示意圖

圖2：在碳納米管（CNT）支撐上生長的NaX分子篩膜的表征

圖3：陽離子/陰離子跨NaX分子篩膜傳輸的分子動力學（MD）模擬

圖4：滲透功率產生中陽離子/陰離子分離性能的基礎分析

圖5：不同條件對滲透功率產生的影響

綜上，這篇論文研究了一種基于NaX分子篩的膜，該膜具有有序亞納米流體通道和可調電荷密度，用于高效捕獲藍色能源，即從鹽度梯度中獲取的清潔能源。

研究顯示，這種分子篩膜在50倍NaCl濃度梯度下實現了21.27 W/m²的功率密度，超過了現有技術的性能，并且在實際場景中展現出更高的能量轉換效率，具有在高堿性條件下運行的能力，為藍色能源領域提供了新的材料選擇。

該研究提供了一種高性能、高穩定性的藍色能源轉換材料，具有在實際海洋和高鹽度環境中應用的潛力，對于開發新型可再生能源技術具有重要的科學和應用價值。這種分子篩膜因其優異的能量轉換效率和化學穩定性，有望在藍色能源發電和工業規模生產中得到廣泛應用。

Wei, R., Liu, X., Cao, L.?et al.?Zeolite membrane with sub-nanofluidic channels for superior blue energy harvesting.?