鹽差能作為一種清潔、穩定的可再生能源，近年來受到廣泛關注。傳統鹽差能的收集方式主要基于反向電滲析（RED）技術，其核心在于通過高離子選擇性的膜材料以產生凈離子流，因此，性能一直受“通量—選擇性”博弈的制約。高選擇性通常要求膜材料具有亞納米級的孔徑，這不僅增加了膜的制備難度和成本，還使得能量轉換效率容易受到結構缺陷的影響。此外，高選擇性膜還能導致嚴重的濃差極化，從而使大面積測試下的功率密度急劇下降，進一步限制了鹽差能的規模化應用。現實中，許多高功率密度材料通常僅在極小測試面積中得到驗證（1 μm2到0.03 mm2），距離實際的大規模應用仍存在顯著差距。
針對上述問題，青島能源所高軍研究員與山東大學劉鵬教授合作，提出了一種利用擴散—滲透（diffusio-osmosis）機制來收集鹽差能的新方法，不同于選擇性機制的RED技術，該機制產生的電流源于雙電層內界面滲透壓梯度驅動的擴散—滲透流攜帶的凈電荷，不依賴膜材料的離子選擇性。
此前，利用單孔氮化硼納米管、石墨納米通道的研究已表明該機制有望實現超高功率密度的鹽差能轉換，但在膜尺度上仍缺乏相關研究。研究團隊針對難以找到合適的膜材料匹配該機制開展研究，發現利用磺酸共價有機框架（COF）膜致密分布的磺酸基團、垂直排列的孔道結構，可以實現基于擴散-滲透機制的可規模化鹽差發電。
圖1?基于磺酸COF膜在不同鹽度梯度下的鹽差能轉換機制
在5 M/0.5 M NaCl濃度梯度下，由于COF通道內的德拜長度（λD）不重合，因此該膜不具備電荷選擇性，Na+和Cl-的滲透測試進一步驗證了這一結論。此外，擴散—滲透電流與活度比的對數呈線性關系，表明擴散—滲透機制主導了鹽差能轉換過程。此過程中，COF致密分布的磺酸基團提供了高電荷密度，增強了電雙層內界面滲透壓梯度從而能有效產生擴散—滲透流，結合其垂直排列的一維孔道，能高效驅動離子輸運。避免了傳統RED對選擇性的依賴，克服了“通量—選擇性”博弈和濃差極化等問題。在0.03 mm2測試面積下，實現了101.2 W m-2的最大功率密度，顯著高于多數已報道材料。當膜面積放大兩個數量級（~20 mm2），功率密度仍能維持在~7 W m-2。這一新機制的優勢在于不依賴膜材料的離子選擇性，使得體系表現出前所未有的抗缺陷能力，即便在膜上引入超過測試面積10%的針孔缺陷，仍能維持穩定的輸出電壓與輸出功率，而傳統RED膜在類似條件下幾乎完全失效。這一發現顯著提高了膜材料的制備容錯度，有望降低膜材料的制造成本并提高其工程化應用的可行性。
圖2?磺酸COF膜的制備與表征??
圖3?擴散-滲透機制鹽差發電
該研究展示了一種抗缺陷、可規模化的擴滲鹽差發電新機制，克服了傳統RED技術的局限性，為實現規模化的鹽差發電提供了新思路。相關成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是山東大學與青島能源所聯合培養的博士研究生潘尚發。
圖4?高功率密度且可規模化的鹽差發電
圖5?抗缺陷性能
