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南京师范大学王琛教授AFM:原位合成具有超高渗透选择性的HOF离子整流膜用于渗透能转换

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-09-14 07:50
    

主要观点总结

该论文阐述了南京师范大学王琛教授团队通过原位生长氢键有机框架(HOF)制备纳米流体离子整流膜用于渗透能收集的研究。研究展示了HOF/AAO膜在提升渗透能转换效率方面的潜力,并突出了HOF在促进离子选择性和快速离子传输中的核心作用。研究为高性能纳米流体离子整流膜的开发提供了新策略。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

面临能源需求增长,开发高效、可再生且环境友好的能源解决方案变得关键。渗透能作为一种绿色能源备受关注,反电渗析技术因其高效性被视为最具潜力的方法。近期,具有纳米流体离子电流整流特性的膜通过离子的单向传输和反向阻断增强了离子的渗透性和选择性,在提高RED的能量转换效率方面展现出优势。然而,设计新型膜材料和技术以实现更有序、高效的离子传输具有重要意义。

关键观点2: 研究目的

南京师范大学王琛教授团队在多孔阳极氧化铝(AAO)上原位生长氢键有机骨架(HOF),制备了一种离子整流膜(HOF/AAO),用于渗透能量转换。研究旨在通过精确设计离子通道提高器件中的离子传输效率,促进渗透能转换技术的发展。

关键观点3: 研究方法

研究采用原位合成方法在AAO上制备HOF离子整流膜,通过SEM、粉末X射线衍射、红外光谱等手段表征膜的结构和形貌。通过接触角测量和氮气吸附等温线分析,揭示了HOF/AAO膜的亲水性和多孔特性。详细研究了HOF/AAO膜的离子运输行为,包括离子电流整流特性、离子传输特性等。

关键观点4: 研究成果

HOF/AAO膜在渗透能量转换中展现出优异性能,功率密度高达75.2 W m-2。相比之下,使用相同单体合成的2D MOF和3D MOF膜的功率密度分别为36.2 W m-2和58.3 W m-2。这一结果凸显了HOF在渗透能量转换中的优越性,归因于其通过氢键形成的膜结构,保留了更多的羧酸基团,从而提供了更多的负电荷位点,增强了离子的选择性和渗透性。

关键观点5: 研究展望

研究为HOF合成纳流控ICR膜提供了一种简便方法,并证实了HOF在提升离子选择渗透性及抑制离子浓差极化(ICP)效应方面的显著优势。未来,HOF/AAO膜在渗透能收集策略中的应用前景广阔,有望为其他能源转换技术提供新的思路。


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