近年来，纳流体通道/纳米孔系统中的电解质已经从强电解质扩展到弱电解质。这些实验证明，带正电的纳米通道膜的离子输运选择性可以用磷酸浓度梯度来调节,而弱电解质浓度梯度驱动的纳流体系统的理论解释仍然不完整。强电解质和弱电解质的离子迁移机制之间的根本区别在于它们在溶液中的不同程度的电离。这种差异因为局部电离度随着浓度梯度而变化，在电解质浓度偏置纳米通道/纳米孔系统中将更加显著。它为纳米通道传输引入了新的物理机制，为其应用带来了更多的可能性。

图１．不同浓度的H₃PO₄溶液加于纳米沟道两端

以大三本科生季紫薇为第一作者的《Impact of Ionization Equilibrium on Electrokinetic Flow of Weak Electrolytes in Nanochannels》文章在英国物理学会科研期刊 Nanotechnology顺利刊登。该研究工作建立了将电离平衡效应纳入描述的纳米通道传输的动电模型，其数值模拟结果与湖南大学羊小海等人在4.0（PSS/ PAH）多层纳米通道膜中的实验观察结果一致（图２），说明弱电解质的电离平衡效应对于相关实验的成功解释是必不可少的。随着电解质浓度沿着通道轴线增加，电双层的电离度和相关厚度减小。因此，盐浓度引起的开路电压和电渗流的幅度与强电解质的幅度大不相同。由于表面电荷效应，当使用弱电解质浓度偏置时，将获得比使用强电解质偏置电压更大的开路电压。文中进一步研究了无机SiO2纳米通道中弱电解质和强电解质的离子迁移（图３），对无机通道中运输的预测与有机通道中的运输预测相反，并且需要对此理论进行未来的实验验证。

论文的核心难点是考虑电离平衡后，电场与不同粒子浓度耦合使方程式变得复杂繁琐。为简化模型，把电势的径向和轴向分离脱耦。该模型可用于求纳米通道中其他弱电解质的浓度分布以及发电情况。

综上，该研究工作为基于纳流体的纳米发电机研制提供了新的理论建模与指导，在海水/淡水浓度梯度发电应用上有着良好前景。