近日，我校化学与化工学院王慧庆副教授课题组在生物质基能源收集材料上获得新突破，相关研究成果以“2D Chitin Sub-Nanosheets with Extreme lon Transport forNanofluidic sensing”为题在材料领域国际知名期刊《Advanced Materials》发表。
以再生年产百亿吨的生物质甲壳素为原料，利用其本征独特的大层间距、多层结构和较大的晶面剥离能垒及亲疏水性差异，开创“扩层—插层—剥层”分步策略，制备小片径、高电荷密度的亚纳米片(厚度约0.7 nm,粒径50-100 nm)，建立精准可控的剥离方法，并明晰(020)晶面定向选择性进攻的剥离机制；将其组装成二维纳米流体通道膜，应用在蓝色能源收集上，显示超高的输出功率密度12.95 W/m², 显著优于已报道的常见纯无机纳米片系统和当前由天然本征结构、纳米纤维、溶解再生路线构筑的全生物质系统的盐差输出性能以及商业基准（5.0 W/m²），通过分子动力学模拟揭示了增效机制。最后，利用这种优异离子管理能力应用于监测水母/鱼类养殖环境健康，通过检测离子梯度变化转化为电压信号，实现无线远程监测。本研究为实现低成本、大规模、可持续性高效捕集先进能源和传感技术提供了创新研究思路。
化学与化工学院硕士研究生舒悦和袁开宇为文章的第一作者，合肥工业大学为论文的第一和通讯作者单位，本研究得到了国家自然科学基金面上项目（52573110）资助。
论文网址:https://doi.org/10.1002/adma.202510095
近年来，王慧庆课题组在生物质（纤维素、甲壳素）多级结构（三维到二维、一维）的纳米调控及其能源应用研究上已取得一系列创新进展。如制备厚仅1.34 nm甲壳素纳米片、组装滤膜在盐差半电池输出功率密度是已报道阳离子木头膜的503倍、细菌纤维素PN膜的3.86倍，首次实现全生物质纳米片高效发电（AdvancedEnergy Materials,2024, 14, 2402304）；采用冷冻取向策略改进纳米纤维素插层MXene纳米片复合膜的有序性，使其盐差输出功率密度提升~3倍（Nano Energy,2024, 109450）；接着，设计微流控剪切流场诱导，实现高度有序、堆积致密及高表面电荷密度复合膜，该膜展现出23.7 W/m²的盐差能输出功率，组装系统输出电压稳定维持在4 V以上，持续驱动LCD显示器（Nano Letters,2025, 25, 8939.）.
设计构筑双梯度微结构气凝胶纤维，展现快速轴向液体传输（传输速度为4.36 mm s-1）和水伏发电性能（在1.5 cm的长度下，持续0.6 V、4.5μA超100 h）。将该纤维在商业织物上进行串、并联集成水伏发电装置可以为LED屏和灯泡供电，可用于户外照明、危险示警等（Advanced Functional Materials, 2025, e10747）。
（王慧庆/文 王慧庆/图 卞都成/审核）
责任编辑：刘红平
