近日，中國科學技術大學蘇州高等研究院張振教授在國際知名三大化學化工綜述性期刊之一《Chemical Society Reviews》（化學學會評論），發表了題為“Bioinspired 2D nanofluidic membranes for energy applications”的綜述論文，文章對生物啟發的二維納米流體膜及其在能源轉換與存儲領域的應用進行了全面的總結與討論，并對該領域在未來可能面臨的機遇和挑戰進行了展望，被選為正封面論文（Outside front cover）。

細胞膜中的生物納米通道具有離子選擇性，并能夠控制離子的跨膜傳輸，實現細胞間的信號傳遞和能量轉移，維持正常的生理功能。實際上，這種離子選擇性納米通道中的快速離子傳輸與納米流體學密切相關，它往往涉及獨特而豐富的物理和化學現象，包括非線性傳輸、選擇性門控和更高的質子遷移率。納米流體學和微流體學之間截然不同的傳質行為和現象為物理學、化學、材料、能源、生物學等領域的創新提供了前所未有的機遇。

二維納米流體學研究離子、分子和水通過由二維膜的傳輸行為，二維納米流體通道具有以下突出優勢：(1) 基于二維膜的納米流體通道構造簡單高效；(2) 二維膜能夠產生更高的離子通量，因為重新堆疊的納米片很容易擴大厚度和橫向尺寸，從而形成前所未有的大規模納米流體通道陣列；(3) 在組裝二維膜之前，可以通過修改納米片來調整表面電荷和納米通道的尺寸，從而避免了在二維膜內對納米通道表面進行化學功能化的挑戰。因為二維納米流體膜具有上述特殊優勢，且納流離子傳輸可精確控制到納米或亞納米尺度，所以生物啟發的二維納米流體膜可以重現與生物體內類似的整流、門控、能量轉移和刺激響應功能。

圖：用于能源應用的生物啟發二維納米流體膜。(a) 電鰻器官和離子在生物納米通道中的超快傳輸。(b) 生物啟發二維膜和相應的離子傳輸過程。(c-d）生物啟發二維膜在能量轉換和存儲中的應用。

本文首先對生物啟發的二維納米流體膜進行了分類，其次介紹了構建二維納米流體膜的原材料，并總結了自上而下和自下而上構建二維膜的方法。緊接著詳細討論了生物啟發二維膜在滲透能、機械能、光電轉換、鋰電池和液流電池中的應用。最后，展望了生物啟發二維膜所面臨的挑戰和機遇。這些具有互連納米流體通道的二維膜能夠在未來激發無限可能性。

該論文的第一作者為蘇州高等研究院博士后雷丹丹，通訊作者為張振教授，第一通訊單位為中國科學技術大學。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3CS00382E

（蘇州高等研究院、科研部）