Construction of metal-organic framework/cellulose nanofibers-based hybrid membranes and their ion transport property for efficient osmotic energy conversion

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作者
Wenkai Fu,Jiajian Zhang,Qi Zhang,Mehraj Ahmad,Zhe Sun,Zhouyue Li,Yuxuan Zhu,Yuyang Zhou,Sha Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:257 (Pt 1): 128546-128546 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128546
摘要

The development of advanced nanofluidic membranes with better ion selectivity, efficient energy conversion and high output power density remains challenging. Herein, we prepared nanofluidic hybrid membranes based on TEMPO oxidized cellulose nanofibers (T-CNF) and manganese-based metal organic framework (MOF) using a simple in situ synthesis method. Incorporated T-CNF endows the MOF/T-CNF hybrid membrane with a high cation selectivity up to 0.93. Nanoporous MOF in three-dimensional interconnected nanochannels provides massive ion transport pathways. High transmembrane ion flux and low ion permeation energy barrier are correlated with a superior energy conversion efficiency (36 %) in MOF/T-CNF hybrid membrane. When operating under 50-fold salinity gradient by mixing simulated seawater and river water, the MOF/T-CNF hybrid membrane achieves a maximum power density value of 1.87 W m−2. About 5-fold increase in output power density was achieved compared to pure T-CNF membrane. The integration of natural nanofibers with high charge density and nanoporous MOF materials is demonstrated an effective and novel strategy for the enhancement of output power density of nanofluidic membranes, showing the great potential of MOF/T-CNF hybrid membranes as efficient nanofluidic osmotic energy generators.
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