移動端


當(dāng)前位置：興旺寶>資訊首頁> 技術(shù)前沿
閱讀排行 更多
企業(yè)直播 更多
推薦展會 更多

單分子層COF膜實現(xiàn)差能轉(zhuǎn)化新突破 為低阻力膜過程應(yīng)用開辟新道路

2022-04-27 13:19:03來源：化工儀器網(wǎng) 閱讀量：91 評論

分享：

導(dǎo)讀：近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員唐智勇和李連山團隊通過預(yù)組裝界面聚合反應(yīng)，構(gòu)筑了大面積的共價有機框架(COF)單分子層薄膜。

　　在江河的入海處，由于淡水和海水之間的鹽度不同，海水對于淡水存在的滲透壓以及稀釋熱、吸收熱、濃淡電位差等濃度差能。這種能量可以用以轉(zhuǎn)換成電能，是通過混合海水和河水獲得的重要清潔能源，同時也是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。
 
　　鹽差能轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)離子選擇性和低阻力傳輸?shù)倪x擇性透過膜，即當(dāng)正負(fù)離子在濃度梯度驅(qū)動下以不同的速度通過離子選擇性膜時，將在高濃度側(cè)和低濃度側(cè)之間產(chǎn)生電勢差，從而在外電路產(chǎn)生電流。簡單來說，鹽差能發(fā)電，就是利用兩種含鹽濃度不同的海水化學(xué)電位差能，并將其轉(zhuǎn)換為有效電能。
 
　　使用仿電鰻的納米離子通道進行鹽度差能轉(zhuǎn)換，是對以往基于離子交換膜反向電滲析技術(shù)的重要發(fā)展。近些年，二維表面帶電超薄膜材料，如氮化硼、二硫化鉬、石墨烯等，由于其極低的膜電阻，在高效滲透發(fā)電方面顯示出巨大應(yīng)用前景。然而，多孔單層膜的發(fā)電功率密度遠(yuǎn)低于預(yù)期，這主要是由于低孔密度、高膜電阻以及從單孔模型到多孔系統(tǒng)發(fā)電性能的非線性擴展。
 
　　傳統(tǒng)的聚合物離子交換膜通?？蓪崿F(xiàn)正負(fù)離子的高選擇性傳輸，但其高膜電阻使離子通過速度和電流密度低，導(dǎo)致能量輸出功率密度很難超過商業(yè)化應(yīng)用的5Wm-2的最低標(biāo)準(zhǔn)。因此，在保持正負(fù)離子選擇性的基礎(chǔ)上提高膜電導(dǎo)及離子傳輸速率是解決問題的關(guān)鍵。
 
　　近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員唐智勇和李連山團隊通過預(yù)組裝界面聚合反應(yīng)，構(gòu)筑了大面積的共價有機框架(COF)單分子層薄膜。COF材料固有的高孔密度和單分子層的厚度使膜傳質(zhì)阻力低至極限，從而提高了膜電導(dǎo)和電流密度，在降低膜電阻的同時通過低孔間距導(dǎo)致的孔-孔耦合效應(yīng)有效抑制濃差極化引起的電壓和電流的下降，并結(jié)合極低的膜阻力實現(xiàn)了海水/河水鹽差體系中超高的發(fā)電功率密度。
 
　　這一材料設(shè)計將鹽差能轉(zhuǎn)化的輸出功率密度提高至135Wm-2。進一步，研究通過調(diào)控COF框架中卟啉分子的金屬中心，可實現(xiàn)真實海水/河水鹽差梯度下高于300 Wm-2的輸出功率密度。理論模擬研究發(fā)現(xiàn)，孔-孔耦合效應(yīng)在孔間距低至4.5納米時才會發(fā)生，成為高孔密度、低孔間距COF膜材料的獨特特征，為新型鹽差能轉(zhuǎn)化材料的計提供了全新的理論支撐。
 
　　該研究表明，單分子厚度COF膜具有的周期性均勻納米孔結(jié)構(gòu)是鹽產(chǎn)能轉(zhuǎn)化的理想材料結(jié)構(gòu)。一方面COF膜的單分子層厚度能夠極大的降低離子傳質(zhì)阻力，提高膜電導(dǎo)；另一方面納米尺度的孔尺寸和孔間距產(chǎn)生新穎的孔孔耦合效應(yīng)，有效的抗衡濃差極化引起的電流和電壓的下降。此外，通過利用其結(jié)構(gòu)的多樣性和精確調(diào)控性，COF單分子層膜不僅將促進滲透能轉(zhuǎn)換的研究，而且還將為其他低阻力膜過程的應(yīng)用開辟新的道路，如氣體分離、離子篩分、質(zhì)子傳導(dǎo)、海水淡化、蛋白質(zhì)純化等。
 
　　4月25日，相關(guān)研究成果以Advancing osmotic power generation by covalent organic framework monolayer為題，在線發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上。
 

 

　　原標(biāo)題：單分子層COF膜實現(xiàn)差能轉(zhuǎn)化新突破 為低阻力膜過程應(yīng)用開辟新道路
版權(quán)與免責(zé)聲明：1.凡本網(wǎng)注明“來源：興旺寶裝備總站”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-興旺寶合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：興旺寶裝備總站”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。 2.本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它來源（非興旺寶裝備總站）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點或和對其真實性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。 3.如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
我來評論

昵稱 驗證碼

文明上網(wǎng)，理性發(fā)言。（您還可以輸入200個字符)

所有評論僅代表網(wǎng)友意見，與本站立場無關(guān)

    相關(guān)新聞