【摘 要】
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利用自然界海水和河水之间的盐浓度梯度产生的渗透能发电是一种无CO2排放的可持续电能生产方式。然而,现有的二维纳米通道膜离子传输效率低,导致渗透能转换功率密度常低于1 W m-2,难以工业化应用。二维MXene膜（过渡金属碳氮化物）具有独特的层状结构、较强的负电性和较高的导电能力,尤其对阳离子具有优异的选择透过性,使其在渗透能转换电能领域崭露头角。但是,单一的MXene膜机械性能较低、稳定性较差,限
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利用自然界海水和河水之间的盐浓度梯度产生的渗透能发电是一种无CO2排放的可持续电能生产方式。然而,现有的二维纳米通道膜离子传输效率低,导致渗透能转换功率密度常低于1 W m-2,难以工业化应用。二维MXene膜（过渡金属碳氮化物）具有独特的层状结构、较强的负电性和较高的导电能力,尤其对阳离子具有优异的选择透过性,使其在渗透能转换电能领域崭露头角。但是,单一的MXene膜机械性能较低、稳定性较差,限制了其实际应用。本论文以柔性二维GO纳米片插层MXene,形成2D-2D复合结构,以提高MXene/GO复合膜的稳定性和机械性能,并用于渗透能转换电能研究,主要研究结果如下:（1）通过温和蚀刻法（LiF+HCl）制备MXene纳米片,形成MXene胶体溶液;采用Hummers方法制备GO水分散液。将其混合后,通过真空辅助抽滤法得到二维层状MXene/GO复合膜。通过机械性能测试,发现MXene/GO复合膜机械性能明显提高,含6 wt%GO的MXene膜承受拉力为16.28 N。模拟海水和河水盐差渗透过程,对复合膜性能测试,此膜在室温时功率密度最高可达3.72 W m-2;调整p H至11,功率密度最高可达5.85 W m-2;优化运转温度环境为343 K,功率密度可高达7.88 W m-2。此膜运转12 h后衰减率为5.5%。（2）采用金属锌诱导水凝胶法制备MXene/rGO复合膜,结合物理组装形成垂直阵列MXene/rGO复合膜。模拟海水和河水盐差渗透过程,室温时其功率密度最高可达46.87 W m-2,调整p H为10、运转温度环境为363 K,其功率密度分别为62.5W m-2和164.06 W m-2;当施加外部电阻时功率密度最高可达23.98 W m-2;运转12 h后,衰减率仅为3.9%。此外,此膜具有较高的抗污染性能,在有机和重金属环境中运转时,性能几乎无衰减。（3）理论模拟计算结果显示垂直阵列MXene/rGO复合膜具有比水平MXene/GO复合膜更好的离子选择透过性,离子浓度分布在70 s即可达到平衡,这与实验结果相符。
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