Unipolar Solution Flow in Calcium–Organic Frameworks for Seawater-Evaporation-Induced Electricity Generation

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作者
Zhengyun Wang,Yuchen Huang,Tiansui Zhang,Kunqi Xu,Xiaoling Liu,Airong Zhang,You Xu,Xue Zhou,Jiawei Dai,Zhineng Jiang,Guoan Zhang,Hongfang Liu,Bao Yu Xia
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (2): 1690-1700 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13159
摘要

Seawater-flow- and -evaporation-induced electricity generation holds significant promise in advancing next-generation sustainable energy technologies. This method relies on the electrokinetic effect but faces substantial limitations when operating in a highly ion-concentrated environment, for example, natural seawater. We present herein a novel solution using calcium-based metal-organic frameworks (MOFs, C12H6Ca2O19·2H2O) for seawater-evaporation-induced electricity generation. Remarkably, Ca-MOFs show an open-circuit voltage of 0.4 V and a short-circuit current of 14 μA when immersed in seawater under natural conditions. Our experiments and simulations revealed that sodium (Na) ions selectively transport within sub-nanochannels of these synthetic superhydrophilic MOFs. This selective ion transport engenders a unipolar solution flow, which drives the electricity generation behavior in seawater. This work not only showcases an effective Ca-MOF for electricity generation through seawater flow/evaporation but also contributes significantly to our understanding of water-driven energy harvesting technologies and their potential applications beyond this specific context.
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