Enhanced Selective Ion Transport in Highly Charged Bacterial Cellulose/Boron Nitride Composite Membranes for Thermo-Osmotic Energy Harvesting

氮化硼 材料科学 离子 化学工程 离子运输机 复合数 细菌纤维素 纳米技术 化学 纤维素 复合材料 有机化学 生物化学 工程类
作者
Xiwei Jia,Minghao Zhang,Yating Zhang,Yuyang Fu,Nan Sheng,Shiyan Chen,Huaping Wang,Yong Du
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (7): 2218-2225 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c04343
摘要

Significant untapped energy exists within low-grade heat sources and salinity gradients. Traditional nanofluidic membranes exhibit inherent limitations, including low ion selectivity, high internal resistance, reliance on nonrenewable resources, and instability in aqueous solutions, invariably constraining their practical application. Here, an innovative composite membrane-based nanofluidic system is reported, involving the strategy of integrating tailor-modified bacterial nanofibers with boron nitride nanosheets, enabling high surface charge densities while maintaining a delicate balance between ion selectivity and permeability, ultimately facilitating effective thermo-osmotic energy harvesting. The device exhibits an impressive output power density of 10 W m–2 with artificial seawater and river water at a 50 K temperature gradient. Furthermore, it demonstrates robust power density stability under prolonged exposure to salinity gradients or even at elevated temperatures. This work opens new avenues for the development of nanofluidic systems utilizing composite materials and presents promising solutions for low-grade heat recovery and osmotic energy harvesting.
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