能源是人类生存和发展最重要的物质基础之一,然而化石燃料本身存在着不可再生以及燃烧后释放二氧化碳等有害气体会对环境造成污染等缺点,阻碍了人类社会的进一步发展,为了克服这些缺点,开发清洁能源成为了新的研究热点。近年来,受到电鳗利用自身细胞内的离子泵以及离子通道释放高压生物电的启发,利用功能纳米通道材料来组装盐差能转化为电能的转换器件,成功实现了绿色清洁无污染的盐差能转换为可被人类利用的电能,为盐差能的开发提供了新理论,新思路和新方法。本文正是在这一研究背景下,利用二维石墨烯基纳米材料（氧化石墨烯）以及一维纳米材料（碳纳米管、多孔氧化铝）设计并组装了异质纳米通道膜,从不同盐浓度的海水和河水混合中获取能量,将其中的吉布斯自由能转化为电能。本工作设计的异质纳米通道膜是由不对称的化学成分、不对称的电荷分布或不对称的纳米通道结构组成,具有不同于两种原始纳米通道材料固有性质的离子整流特性和离子选择性。本论文首次将二维通道材料氧化石墨烯以及多壁碳纳米管引入到以多孔氧化铝为基底的异质纳米离子通道的构建中,这为人工固态纳米通道的构建提供了新思路和新方法。主要内容如下:1.基于非对称结构,设计并组装了一种纳米离子通道膜器件,由聚酰胺修饰的氧化石墨烯和多孔氧化铝构成,其中聚酰胺通过界面聚合方法对氧化石墨烯进行原位修饰,提高了氧化石墨烯表面电荷密度,使盐差发电能量密度由1.83W/m~2提高到了3.73 W/m~2。2.设计并组装了一种可以特异性检测组胺（Hm）神经递质的纳米离子通道膜器件。该膜器件由Nα,Nα-二（羧甲基）-L-赖氨酸（BCML,Nα,Nα-bis（carboxymethyl）-l-lysine）修饰的氧化石墨烯和多孔氧化铝构成,组胺最小检测浓度为500 n M。体系最大能量密度为3.06 W/m~2。3.设计并利用聚苯乙烯磺酸钠来修饰羧基化多壁碳纳米管,通过抽滤法组装了一种新型纳米离子通道膜器件,该膜器件同样具有非对称的通道结构、化学组成和表面电荷极性,制备工艺简单,操作简便,实验证明该异质离子通道膜也能够选择性传输阳离子,最大能量转换密度为2.42 W/m~2。