《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Plasma Assisted Oxygenation Enables Highly Efficient Osmotic Power Generation Based on 2D BiOI Laminate
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•空气等离子体氧化可选择性地将2D BiOI层状结构中的层间I?转化为I?。•等离子体能够调控并优化层间结构与表面电荷，从而提升离子的选择性。•经优化的BiOI膜可实现高效的渗透能转换，用于RED技术。引言在全球能源结构加速向清洁、低碳能源转型的背景下，风能和太阳能等可再生能源仍
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空气等离子体氧化可选择性地将2D BiOI层状结构中的层间I?转化为I?。
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等离子体能够调控并优化层间结构与表面电荷，从而提升离子的选择性。
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经优化的BiOI膜可实现高效的渗透能转换，用于RED技术。
引言
在全球能源结构加速向清洁、低碳能源转型的背景下，风能和太阳能等可再生能源仍存在间歇性强、波动大的固有缺陷，难以实现持续、稳定的大规模供电[1], [2], [3], [4], [5]。盐度梯度能源则是一种利用海水与淡水混合时产生的化学渗透能的能源形式，具有能量密度高、储量大且环保等优点，被视为具有巨大发展潜力的新型蓝色能源[6], [7], [8], [9], [10], [11]。其理论能量密度可达0.8千瓦·米?2，全球可开发总量约为1太瓦，远高于风能和太阳能等可再生能源的现有装机容量，因此具有广阔的工业应用前景[11], [12], [13], [14], [15]。
目前，用于获取盐度梯度能源的主流技术主要包括压力阻隔渗透法（PRO）和反向电渗析法（RED）[16], [17]。其中PRO技术依靠水分子跨膜渗透驱动涡轮机运转，但其功率密度仅约为5瓦·米?2，能量转化效率低，经济效益有限，难以满足大规模应用的需求[18], [19]。而RED技术则利用离子交换膜的离子分离特性，促使盐离子从高浓度侧向低浓度侧定向迁移，从而在电极间产生稳定的电势差和感应电流，实现高效的盐度梯度能源转化[20], [21]。由于该技术依靠离子动力学进行能量转换，无需复杂的液压驱动装置，具备系统结构简单、运行维护成本低且可扩展性强的优点，现已成为盐度梯度发电领域的研究主流方向[22]。
然而，传统离子交换膜始终受离子传导性与选择性的权衡限制[23], [24], [25]：增大孔径并提高载体浓度虽能提升离子传导性，但会显著降低离子选择性；反之，通过增强表面电荷来提升选择性则会导致膜材膨胀，结构稳定性下降，从而严重制约传统RED膜在盐度梯度发电性能上的提升潜力[26], [27], [28]。与传统聚合物膜相比，二维层状材料具有原子级薄的结构、可精确调控的层间纳米腔以及可控的表面化学性质[25], [29]，展现出更优异的离子传输与筛选性能[30], [31]，因此成为纳米流体传输与渗透能转换研究领域的热点[32], [33]。目前，多种二维材料及其纳米复合材料已成功应用于渗透能转换领域，获得了较为理想的功率密度输出效果[34], [35]。不过，二维膜的一些关键结构与物理化学性质——尤其是亚纳米级的层间间距和表面电荷密度——仍有进一步优化的空间。通过精确调控这些参数，克服离子选择性与跨膜传导性之间的矛盾，有望实现更高的功率密度[29], [36], [37]。
碘化铋（BiOI）是一种典型的二维层状功能材料，由交替排列的(BiO)阳离子层和层间I?组成[38]。由于其层间作用力较弱，易于剥离和改性，可通过离子交换和氧化还原反应等方法精确控制其微观结构与表面电荷[39], [40]。基于此，本研究创新性地采用了空气等离子体氧化改性策略。通过选择性氧化层间I?生成I?，可在保持BiOI层状框架结构不变的情况下精确控制纳米通道的表面电荷密度，进而优化膜内的离子传输环境。通过对氧化处理时间对膜微观结构、表面电荷分布、离子选择性及盐度梯度发电性能影响的系统研究，我们揭示了其内在的结构-电荷-性能关系[35], [41]，从而显著提升了基于BiOI的膜材料的盐度梯度发电性能，为设计高性能盐度梯度发电膜材料提供了新的技术途径。
章节要点
材料
所用的五水合硝酸铋、碘化钠、无水乙醇和氯化钾等试剂均为分析级，购自北京华科泰科技有限公司和安徽泽盛科技有限公司；纤维素纳米纤维的水溶液则购自金佳豪绿色纳米材料有限公司；实验所用水为超纯水。
BiOI晶体的制备
将乙醇（50毫升）、五水合硝酸铋（0.2毫米摩尔）和碘化钠混合使用
BiOI晶体与二维纳米片的性质
如图3a所示，所制备的BiOI样品具有清晰的晶体形态，呈现规则的方形片状结构，横向尺寸超过10微米。元素分布的EDS分析结果如图3b所示，该材料仅含有Bi、O和I三种元素，这些元素在片状晶体中分布均匀；样品界面清晰，无明显缺陷
结论
本研究着眼于二维BiOI基膜在盐度梯度发电（蓝色能源）中的应用，提出了一种利用空气等离子体氧化调控层间电荷分布的新型改性策略，系统研究了氧化处理对BiOI膜微观结构、表面化学性质及盐度梯度发电性能的影响，阐明了电荷与材料性能之间的内在关联
CRediT作者贡献说明
周凯歌：论文撰写——审阅与编辑、研究指导、资金获取、概念构思。李毅伟：实验研究。刘浩然：数据可视化。赵宇轩：论文撰写——初稿撰写、实验研究、数据整理。郭瑞祥：实验研究、数据整理。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号22278302，2023年）、材料导向化学工程国家重点实验室开放研究基金SKL-MCE-25B08以及天津大学2026年研究生教育改革项目（跨学科培训）的支持。
赵宇轩|郭瑞祥|李毅伟|刘浩然|周凯歌
