Bio‐inspirierte Ti3C2Tx MXene‐basierte Ionen‐Diodenmembran Für die Hocheffiziente Wandlung Osmotischer in Elektrische Energie. (16th August 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Ding, Li; Zheng, Mengting; Xiao, Dan; Zhao, Zihao; Xue, Jian; Zhang, Shanqing; Caro, Jürgen; Wang, Haihui
• Is Part Of: Angewandte Chemie. Volume 134:Number 41(2022)
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• Publication Date: 2022-08-16
• Subjects: Ionische Diode -- MXene-Membran -- Nanofluidik -- Osmotische Energie; Chemistry -- Periodicals; 540
• DOI: 10.1002/ange.202206152
• Languages: English
• ISSNs: 0044-8249

Abstract

Abstract: Bio‐inspirierte asymmetrische nanofluidische Ionenkanäle mit ionischem Diodenverhalten sind Forschungsziel, weil sie die effektive Umwandlung osmotischer Energie (sogenannte "blaue Energie") in Elektrizität erlauben, insbesondere, wenn sie die Möglichkeit einer weiteren Oberflächenmodifizierung bieten. Zweidimensionale (2D) Metallcarbide und ‐nitride, bekannt als MXene, kombinieren hydrophile Oberflächen mit einstellbaren Oberflächenladungseigenschaften und bieten einen kurzschrittigen Weg zur Herstellung asymmetrischer nanofluidischer Ionenkanäle. Hier berichten wir über eine mechanisch robuste, flexible und scale up ‐freundliche asymmetrische Ionen‐Diodenmembran auf Ti3 C2 T x ‐MXene‐Basis mit einem hochgradig gleichgerichteten Ionenstrom und demonstrieren ihre potenzielle Verwendung in der Wandlung osmotischer in elektrische Energie durch Umkehrelektrodialyse. Unter dem Salzkonzentrationsgradienten von synthetischem Meerwasser und Flusswasser beträgt die Leistungsdichte unseres Ionendioden‐Membran‐basierten Generators 8.6 W m −2 und bis zu 17.8 W m −2 bei einem 500‐fachen Salzgradienten und übertrifft damit den Stand der Technik. Das Design einer ionischen Membran vom Diodentyp auf MXene‐Basis bietet eine einfache und allgemeine Strategie für die Entwicklung von großflächigen 2D‐nanofluiden Systemen mit selektivem unidirektionalem Ionentransport. Abstract : Membranen mit ionischem Diodencharakter mit unidirektionalem Ionenstrom können eine Energiedissipation in den Nanokanälen während des osmotischen Energieumwandlungsprozesses vermeiden. In dieser Arbeit wird eine bioinspirierte heterogene MXene‐Membran (BHMX‐Membran=bioinspired heterogeneous MXene membrane) mit hoher ionischer Gleichrichtung entwickelt. In der Wandlung osmotischer in elektrische Energie, kann der BHMX‐Membran‐basierte Stromgenerator eine hohe Leistungsdichte von 8.6 W m −2 durch Vermischen von synthetischem Meerwasser und Flusswasser erzielen.