哥廷根大學(xué)張凱教授團(tuán)隊(duì)與東華大學(xué)王華平、陳仕艷教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)合納米限域并耦合表面電荷和尺寸效應(yīng)設(shè)計(jì)了分別帶負(fù)電荷的細(xì)菌纖維素/氧化石墨烯（NBC/NGO）和帶正電荷的細(xì)菌纖維素/層狀雙氫氧化物（PBC/PLDH）離子選擇膜，并組合成為一對(duì)帶相反電荷的離子滲透發(fā)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)滲透能的持續(xù)輸出。

研究人員通過(guò)不同的化學(xué)修飾來(lái)調(diào)控納米纖維的表面電荷密度，得到了高表面電荷密度的NBC（-6.20 mC·m-2）和PBC（+3.76 mC·m-2）。由于納米片之間的亞納米尺寸通道，NGO和PLDH通常表現(xiàn)出較高的離子選擇性，然而一定程度上犧牲了離子滲透性，實(shí)際應(yīng)用中往往需要在離子滲透性和離子選擇性之間折中。因此，該研究構(gòu)建了不同比例的一維/二維雜化納米通道，納米片和納米纖維之間存在許多用于離子傳輸?shù)募{米通道和亞納米通道。

進(jìn)而，研究人員將具有陽(yáng)離子選擇性的NBC70/NGO30和具有陰離子選擇性的PBC70/PLDH30膜進(jìn)一步集成為三腔室能量收集器件，即BC基復(fù)合膜對(duì)（BCC-pair）RED裝置。由于相反的擴(kuò)散方向，在海水/河水/海水組合下三腔室器件實(shí)現(xiàn)了0.70 W·m-2高輸出功率密度，略高于河水/海水/河水組合下的輸出功率密度（0.50 W·m-2）。由于良好的化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)氧樹(shù)脂的物理限制，即使在60天后，BCC-pair RED器件仍具有良好的穩(wěn)定性。

為了探究器件的可擴(kuò)展性，研究人員擴(kuò)大單膜測(cè)試面積并通過(guò)20個(gè)帶相反電荷的膜單元串聯(lián)來(lái)構(gòu)建BCCpair的RED堆棧以獲得更高的電壓。具有20個(gè)單元串聯(lián)的BCC-pair的RED堆棧的開(kāi)路電壓可以達(dá)到2.2 V，足以為計(jì)算器供電并執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算。綜上，該研究提出了一維納米纖維和二維納米片的耦合是構(gòu)建復(fù)合膜的有效新策略，并證明了層狀膜離子對(duì)作為高性能滲透發(fā)電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的可行性。