随着全球对可持续能源需求的不断增长，离子梯度能（亦称“蓝色能源”）因其可再生性与丰富性而引起了广泛的研究关注。通过耦合光场作用，当前光响应反向电渗析体系通过提升化学势梯度，加强离子跨膜迁移效率，从而进一步提升能量转换及输出。然而，化学势梯度的单调放大仅能实现能量输出的单向增强，且存在过度能量释放的问题。

  近日，中国科学院大学/中国科学院杭州医学研究所赵紫光研究员、南方科技大学陈伟鹏研究助理教授报道了一种纳米相分离异质凝胶（NSH）光离子电子体系，实现了光诱导下离子梯度能量转换的双向宽幅调控。

  相关论文以“Nanophase-Separation Heterogel Photoiontronics for Bidirectional Ion-Gradient Energy Conversion Modulation”为题，发表在ACS Nano上，论文第一作者为国科大硕士研究生朱星玥、苏州大学副教授教授周柯、国科大博士研究生吴之心。

  研究人员利用纳米相分离界面聚合方法，将导电聚合物PEDOT纳米域嵌入阳离子选择性凝胶基体中，形成了具有多重异质界面结构的柔性网络。其中，高度水合的聚电解质链波动促进了选择性离子集群传输，PEDOT纳米域促进了光诱导界面电势的产生，从而精确调节离子的传输效率。当光场沿顺、逆离子梯度方向照射时，体系内可分别产生削弱或增强化学势差的异质界面内建电势，实现能量输出的双向调节（图1）。

图1.纳米相分离异质凝胶（NSH）的设计与制备用于双向离子梯度能量转换调制。

  该体系在500倍盐浓度梯度下输出功率密度高达137.62 W/m2，并可在光照条件下于107.91–198.82 W/m2之间实现双向调控，显著突破了传统光响应膜单向能量增强的局限，为离子梯度能量转换的动态调控提供了新的策略（图2）。得益于PEDOT纳米域与凝胶网络的协同作用，多重异质界面的构建不仅提高了光调控能力，也赋予材料优异的结构稳定性，使其压缩模量达到17.1 kPa，在高盐环境下保持稳定抗溶胀性能超96 h.与此同时，体系在–10 °C低温条件下仍展现出134%的功率调制比，体现出优异的环境适应性。此外，该光离子电子体系可与钙钛矿太阳能电池集成，构建光适应型太阳–渗透能耦合系统，在不同光照强度下实现输出电流从 34.66 μA 到 93.77 μA 的动态变化，调节幅度高达 270%，展现出优异的光适应与能量管理潜力。该研究工作得到了国家自然科学基金委员会的大力支持。

图2 双向离子梯度能量转换调控。

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