A high-performance hydroxide exchange membrane enabled by Cu2+-crosslinked chitosan

壳聚糖 氢氧化物 离子交换 化学工程 电化学 材料科学 电导率 离子 化学 无机化学 高分子化学 电极 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Meiling Wu,Xin Zhang,Yun Zhao,Chunpeng Yang,Shuangshuang Jing,Qisheng Wu,Alexandra H. Brozena,Jeffrey T. Miller,Nicole J. LiBretto,Tianpin Wu,Sahana Bhattacharyya,Mounesha N. Garaga,Yugang Zhang,Yue Qi,Steve Greenbaum,Robert M. Briber,Yushan Yan,Liangbing Hu
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (6): 629-636 被引量:134
标识
DOI:10.1038/s41565-022-01112-5
摘要

Ion exchange membranes are widely used to selectively transport ions in various electrochemical devices. Hydroxide exchange membranes (HEMs) are promising to couple with lower cost platinum-free electrocatalysts used in alkaline conditions, but are not stable enough in strong alkaline solutions. Herein, we present a Cu2+-crosslinked chitosan (chitosan-Cu) material as a stable and high-performance HEM. The Cu2+ ions are coordinated with the amino and hydroxyl groups of chitosan to crosslink the chitosan chains, forming hexagonal nanochannels (~1 nm in diameter) that can accommodate water diffusion and facilitate fast ion transport, with a high hydroxide conductivity of 67 mS cm-1 at room temperature. The Cu2+ coordination also enhances the mechanical strength of the membrane, reduces its permeability and, most importantly, improves its stability in alkaline solution (only 5% conductivity loss at 80 °C after 1,000 h). These advantages make chitosan-Cu an outstanding HEM, which we demonstrate in a direct methanol fuel cell that exhibits a high power density of 305 mW cm-2. The design principle of the chitosan-Cu HEM, in which ion transport channels are generated in the polymer through metal-crosslinking of polar functional groups, could inspire the synthesis of many ion exchange membranes for ion transport, ion sieving, ion filtration and more.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
王泽轩关注了科研通微信公众号
1秒前
桃子发布了新的文献求助30
2秒前
Freya发布了新的文献求助10
2秒前
Hello应助xyu采纳,获得10
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
667完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
杨贵严发布了新的文献求助10
7秒前
煎蛋发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
tongke发布了新的文献求助10
8秒前
DL发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
Orange应助鹂鹂复霖霖采纳,获得10
9秒前
情怀应助dd采纳,获得10
9秒前
胡胡发布了新的文献求助10
10秒前
苏州小北发布了新的文献求助10
11秒前
Ava应助Freya采纳,获得10
11秒前
zyyyy完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
汉堡包应助哈伊呀采纳,获得30
11秒前
Nsync完成签到,获得积分10
13秒前
2213sss完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
19秒前
852应助HHH采纳,获得10
20秒前
Orange应助luo采纳,获得10
20秒前
XStars10发布了新的文献求助10
20秒前
小二郎应助即刻开摆采纳,获得10
21秒前
打打应助huyz采纳,获得10
21秒前
Nsync发布了新的文献求助10
21秒前
吴逸彪发布了新的文献求助10
21秒前
22秒前
24秒前
Owen应助1282941496采纳,获得10
24秒前
qaa2274278941发布了新的文献求助10
25秒前
卡莉完成签到,获得积分10
25秒前
在水一方应助桃子采纳,获得10
25秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
高温高圧下融剤法によるダイヤモンド単結晶の育成と不純物の評価 5000
苏州地下水中新污染物及其转化产物的非靶向筛查 500
Rapid Review of Electrodiagnostic and Neuromuscular Medicine: A Must-Have Reference for Neurologists and Physiatrists 500
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 500
ISO/IEC 24760-1:2025 Information security, cybersecurity and privacy protection — A framework for identity management 500
碳捕捉技术能效评价方法 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4726855
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4083863
关于积分的说明 12630316
捐赠科研通 3790325
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2093232
邀请新用户注册赠送积分活动 1119016
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 995377