Fabrication of Porous MXene/Cellulose Nanofibers Composite Membrane for Maximum Osmotic Energy Harvesting

制作 纤维素 纳米纤维 多孔性 细菌纤维素 材料科学 复合数 复合材料 化学工程 化学 生物化学 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Sha Wang,Zhe Sun,Mehraj Ahmad,Mengyu Miao
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:25 (23): 13226-13226 被引量:4
标识
DOI:10.3390/ijms252313226
摘要

Two-dimensional (2D) nanofluidic channels are emerging as potential candidates for harnessing osmotic energy from salinity gradients. However, conventional 2D nanofluidic membranes suffer from high transport resistance and low ion selectivity, leading to inefficient transport dynamics and limiting energy conversion performance. In this study, we present a novel composite membrane consisting of porous MXene (PMXene) nanosheets featuring etched nanopores, in conjunction with cellulose nanofibers (CNF), yielding enhancement in ion flux and ion selectivity. A mild H2O2 oxidant is employed to etch and perforate the MXene sheets to create a robust network of cation transportation nanochannels that effectively reduces the energy barrier for cation transport. Additionally, CNF with a unique nanosize and high charge density further enhances the charge density and mechanical stability of the nanofluidic system. Under neutral pH and room temperature, the PMXene/CNF membrane demonstrates a maximum output power density of 0.95 W·m-2 at a 50-fold KCl gradient. Notably, this represents a 43% improvement over the performance of the pristine MXene/CNF membrane. Moreover, 36 nanofluidic devices connected in series are demonstrated to achieve a stable voltage output of 5.27 V and power a calculator successfully. This work holds great promise for achieving sustainable energy harvesting with efficient osmotic energy conversion utilization.
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