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Broad‐Salinity Osmotic Energy Harvesting From Composition Tuned Laminar Membranes

材料科学 渗透 化学工程 盐度 反向电渗析 纳滤 化学物理 离子键合 层流 离子 渗透压 渗透性休克 缓压渗透 盐(化学) 浓差极化 生物物理学 固定费用 电渗析 离子通道 离子运输机 化学 膜电位 表征(材料科学) 电势能 位阻效应 渗透力 正渗透 分析化学(期刊)
作者
Zhebin Shen,Ning Gan,Yumeng Guo,Q. Y. Zhang,Mengge Wang,Shun Li,Minghong Li,Hui Zhong,Qiuyue Wang,Yuqing Lin,Ze‐Xian Low,Zhaoxiang Zhong
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e73347-e73347
标识
DOI:10.1002/smll.73347
摘要

Reverse electrodialysis (RED) is a promising pathway for blue energy generation from salinity gradients, yet its efficiency hinges on ion-exchange membranes that perform across widely varying environmental ionic strengths. In realistic high-salinity sources, large concentration fluctuations strongly influence ion transport and degrade energy output, posing a major challenge for membrane optimization under broad-salinity conditions. Here, we present a composition-tunable laminar composite membrane strategy that sustains high osmotic energy harvesting across diverse concentration regimes by adjusting the ratio between Ti3C2Tx and 1,4-phenylenediamine-2-sulfonic acid (DAS). Modulating the DAS fraction simultaneously regulates interlayer channel size and fixed charge density, systematically correlated with RED performance across varying concentrations spanning 0.05 to 5 m. We discovered that low DAS content membranes form narrower, highly selective channels optimal for high-salinity environments, whereas high DAS content membranes feature enlarged channels favoring low-salinity environments. Across all salinity regimes, membrane resistance emerges as the dominant factor governing energy output and is minimized through electrostatic control (via charge density) at high salinity and steric control (via free spacing) at low salinity. This composition-modulated strategy establishes a link between membrane formulation, nanochannel structure, and device-level performance, offering a versatile pathway for designing RED membranes capable of efficient broad-salinity operation.
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