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自1859年以来，已经观察到了离子运动沿着狭窄通道中的压力驱动水流，即所谓的下游离子输运downstream ionic transport，用以诱导流动电势，并产生各种水伏装置。 今日，清华大学深圳国际研究生院Heyi Xia（现为比利时 鲁汶大学 KU Leuven）, Xinyue Qu, Wenbo Wang，丘陵Ling Qiu等，南京航空航天大学Wanqi Zhou,Hu Qiu, Jun Yin, 郭万林院士Wanlin Guo等，在Nature Nanotechnology上发文，证明了在MXene/聚(乙烯醇)膜的二维纳米通道中，水流相反的质子运动，称为上游质子扩散，也可以产生动力。渗透到通道中的水，引起了质子从通道表面上的官能团解离，从而提高了通道内的质子浓度，进而驱动了上游质子扩散。结合通道中特别缓慢的水扩散，5µL小水滴，可在330分钟内，产生约400mV电压。这得益于薄膜的超薄和柔性特性，这种可穿戴设备，可设计用于从人体皮肤汗液中收集能量。
第一作者：Heyi Xia, Wanqi Zhou, Xinyue Qu, Wenbo Wang.通讯作者：Hu Qiu, Jun Yin, Wanlin Guo & Ling Qiu
通讯单位：清华大学深圳国际研究生院，南京航空航天大学Electricity generated by upstream proton diffusion in two-dimensional nanochannels.二维纳米通道中，上游质子扩散产生的电流。
图1: MXene/聚乙烯醇poly(vinyl alcohol) 复合膜composite film，MPCF设备的配置、特性和性能。
图2: 常规机制的排查。
图3: 在MXene/聚乙烯醇复合膜MPCF中，极慢的水渗透。
图4: 质子上游扩散upstream diffusion感应电流。
图5: 器件集成和应用。 文献链接Xia, H., Zhou, W., Qu, X. et al. Electricity generated by upstream proton diffusion in two-dimensional nanochannels. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01691-5https://www.nature.com/articles/s41565-024-01691-5本文译自Nature。
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