Dual Polyamide Thin‐Film Composite Membrane With Multiscale Hetero‐Channels and Mosaic Charge Architecture for Boosting Ion Transport and Osmotic Energy Conversion

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作者
Zifeng Cao,Baohu Wu,Haoyuan Sun,Huiqing Wu,Peiyi Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e4186742-e4186742
标识
DOI:10.1002/anie.4186742
摘要

ABSTRACT Asymmetric ion‐selective membranes show promise for efficient osmotic energy harvesting. Most current asymmetric membranes adopt a bipolar structure to mitigate concentration polarization. However, this approach usually increases transport resistance and compromises ion selectivity. To address these, we rationally designed a dual polyamide thin‐film composite (dPA TFC) membrane via sequential interfacial polymerization (IP). The membrane is composed of two distinct polyamide (PA) layers in situ formed on a macroporous substrate. Through a surfactant‐assisted IP process, an ultrathin inner PA layer with a uniform and negatively charged 3D pore structure was obtained, delivering both high ion selectivity and permeability. Subsequently, a loose outer PA layer featuring a mosaic charge architecture was constructed using protonated porphyrin as a building block. This layer promotes significant unidirectional ion transport and effectively suppresses concentration polarization, while maintaining a high cation selectivity of 0.962. Additionally, the membrane exhibits photo‐responsive behavior, enabling photo‐enhanced osmotic energy conversion and antibacterial activity. As a result, the dPA TFC membrane achieves a high osmotic power density of 13.2 W m −2 under light irradiation. This work provides a design paradigm that overcomes the conventional permeability‐selectivity trade‐off while simultaneously balancing ion concentration polarization suppression with high selectivity, thereby advancing the development of osmotic energy conversion systems.
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