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2024-05-30 20:51:03
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OK! ナノポア内のイオン選択性のゲート電圧制御を示す模式図。クレジット: Makusu Tsutsui
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ナノポア内のイオン選択性のゲート電圧制御を示す模式図。提供：Makusu Tsutsui
ブルーエネルギーは、化石燃料に代わる持続可能な代替手段となる可能性があります。簡単に言えば、塩溶液内のイオンが高濃度から低濃度に移動するときに生成されるエネルギーを利用することです。
大阪大学の研究者を含むチームは、電圧がイオンの通過に与える影響を調査した。 nanopore 膜によりプロセスのより優れた制御を実証します。
最近の研究で 出版された ACS Nanoでは、研究者らは膜を構成するナノ細孔の配列を通るイオンの流れを調整すること、そしてこの制御によってこの技術を大規模に適用することがいかに実現可能になるかを検討した。
膜が帯電材料で作られている場合、ナノ細孔は反対の電荷を持つ溶液イオンを引き寄せ、電流を流すことができます。同じ電荷を持つイオンは細孔を通過して電流を生成します。つまり、細孔材料は非常に重要であり、それを選択することがこれまでの流れと電流を制御する手段となってきました。
しかし、さまざまな材料でまったく同じ細孔構造を作り、それらの比較性能を理解するのは困難です。そのため、研究者はナノ細孔膜を通過するイオンの流れを調整する別の方法を調査することにしました。
「膜の基本的な表面電荷を単に利用して流れを制御するのではなく、電圧を印加すると何が起こるかに注目しました」と、研究の筆頭著者である筒井マクス氏は説明する。「従来の回路で半導体トランジスタが動作するのと同じように、膜全体に埋め込まれたゲート電極を使用して、電圧を通じて電界を制御しました。」
研究者たちは、電圧がかかっていない場合、陽イオンの流れによって電荷は生成されないことを発見した。 イオンなぜなら、負に帯電した膜表面に引き寄せられたからです。
しかし、異なる電圧を印加すれば、この性能は調整可能となり、陽イオンが 流れ、陽イオンに対して完全な選択性も提供します。これにより、浸透圧エネルギー効率が 6 倍に増加しました。
「 電荷密度 ナノ細孔の表面には 膜、私たちは 電力密度 「15 W/m2」と上級著者の河合智司氏は言う。「これは技術の進歩という点で非常に励みになる。」
この研究結果は、ナノポア膜を日常的な用途に拡大できる可能性を明らかにした。ナノポア浸透圧発電装置が、 青いエネルギー より持続可能なエネルギーの未来のために主流に。
詳しくは：
Makusu Tsutsui et al, Gate-All-Around Nanopore Osmotic Power Generators、ACS Nano (2024)。 DOI: 10.1021/acsnano.4c01989
ジャーナル情報:
ACSナノ
#研究はナノポア膜の可能性を強調