电镀作为一种重要的表面处理技术，能够显著改善制品的性能，在提升产品质量、延长使用寿命等方面都具有重要意义，广泛应用于航空航天、汽车、五金、医疗器械等领域，推动了相关行业的发展和进步。但在目前的技术操作过程中，不可避免的会产生高浓度无机废水，其中蕴含着热能、盐差能等大量被忽视的能量。另外，由于成本和工艺的限制，废水中难免偶有会造成环境污染的镍等重金属离子。当前已报道的方法常以化学沉淀、反渗透、离子交换和吸附等方法来去除废水中的镍离子(Ni (Ⅱ))，经过检测后，再排放到海洋中或回收利用，流程较为繁琐且资源回收效率不高，如何建立有效的无机废水能量绿色收集和污染源实时在线监测是目前面临的一个重要挑战。

针对上述问题，朱轩伯研究团队通过分子结构设计，将联吡啶作为功能基团引入三维金属有机框架材料(MOFs)，构筑了具有Ni (Ⅱ)响应性的离子通道。规则的纳米孔道结构和有序的内壁电荷分布赋予了离子通道出色的离子选择性，使其能够进行高效的盐差发电，最大输出功率达到了9.1 W/m2，与常规的商品化材料相比提高了近6 倍。同时，带有联吡啶的纳米限域孔道也形成了Ni (Ⅱ)检测空间，实现了灵敏的离子响应性，当污染源(Ni (Ⅱ))在孔道中出现时，跨膜离子电流减小了约20 倍。为了更好的理解孔道中的离子输运情况，团队还基于Poisson-Nernst-Planck 方程模型开展了有限元仿真研究，并基于模拟结果对材料和器件结构进行了优化，开发了无机废水盐差能绿色收集和污染源实时在线监测的集成器件。器件结构简单，效果稳定，可望为日后研制高效清洁能源器件奠定材料基础，为设计多功能集成器件的设计提供思路。相关研究成果发表在CCSChemistry 杂志。(CCS Chemistry DOI: 10.31635/ccschem.024.202404323)

基于智能离子通道的多功能集成器件示意图，实现无机废水中盐差能高效收集和污染源实时在线监测。