近日，中国科学技术大学苏州高等研究院张振教授在国际知名三大化学化工综述性期刊之一《Chemical Society Reviews》（化学学会评论），发表了题为“Bioinspired 2D nanofluidic membranes for energy applications”的综述论文，文章对生物启发的二维纳米流体膜及其在能源转换与存储领域的应用进行了全面的总结与讨论，并对该领域在未来可能面临的机遇和挑战进行了展望，被选为正封面论文（Outside front cover）。
细胞膜中的生物纳米通道具有离子选择性，并能够控制离子的跨膜传输，实现细胞间的信号传递和能量转移，维持正常的生理功能。实际上，这种离子选择性纳米通道中的快速离子传输与纳米流体学密切相关，它往往涉及独特而丰富的物理和化学现象，包括非线性传输、选择性门控和更高的质子迁移率。纳米流体学和微流体学之间截然不同的传质行为和现象为物理学、化学、材料、能源、生物学等领域的创新提供了前所未有的机遇。
二维纳米流体学研究离子、分子和水通过由二维膜的传输行为，二维纳米流体通道具有以下突出优势：(1) 基于二维膜的纳米流体通道构造简单高效；(2) 二维膜能够产生更高的离子通量，因为重新堆叠的纳米片很容易扩大厚度和横向尺寸，从而形成前所未有的大规模纳米流体通道阵列；(3) 在组装二维膜之前，可以通过修改纳米片来调整表面电荷和纳米通道的尺寸，从而避免了在二维膜内对纳米通道表面进行化学功能化的挑战。因为二维纳米流体膜具有上述特殊优势，且纳流离子传输可精确控制到纳米或亚纳米尺度，所以生物启发的二维纳米流体膜可以重现与生物体内类似的整流、门控、能量转移和刺激响应功能。
图：用于能源应用的生物启发二维纳米流体膜。(a) 电鳗器官和离子在生物纳米通道中的超快传输。(b) 生物启发二维膜和相应的离子传输过程。(c-d）生物启发二维膜在能量转换和存储中的应用。
本文首先对生物启发的二维纳米流体膜进行了分类，其次介绍了构建二维纳米流体膜的原材料，并总结了自上而下和自下而上构建二维膜的方法。紧接着详细讨论了生物启发二维膜在渗透能、机械能、光电转换、锂电池和液流电池中的应用。最后，展望了生物启发二维膜所面临的挑战和机遇。这些具有互连纳米流体通道的二维膜能够在未来激发无限可能性。
该论文的第一作者为苏州高等研究院博士后雷丹丹，通讯作者为张振教授，第一通讯单位为中国科学技术大学。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3CS00382E
（苏州高等研究院、科研部）
