A high-performance watermelon skin ion-solvating membrane for electrochemical CO2 reduction

微型多孔材料 电化学 离子 选择性 化学工程 化学 材料科学 电极 生物化学 有机化学 物理化学 催化作用 工程类
作者
Qing-Lu Liu,Tang Tang,Ziyu Tian,Shiwen Ding,Linqin Wang,Dexin Chen,Zhiwei Wang,Wentao Zheng,Husileng Lee,Xingyu Lu,Xiaohe Miao,Lin Liu,Licheng Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51139-6
摘要

Ion-solvating membranes have been gaining increasing attention as core components of electrochemical energy conversion and storage devices. However, the development of ion-solvating membranes with low ion resistance and high ion selectivity still poses challenges. In order to propose an effective strategy for high-performance ion-solvating membranes, this study conducted a comprehensive investigation on watermelon skin membranes through a combination of experimental research and molecular dynamics simulation. The micropores and continuous hydrogen-bonding networks constructed by the synergistic effect of cellulose fiber and pectin enable the hypodermis of watermelon skin membranes to have a high ion conductivity of 282.3 mS cm−1 (room temperature, saturated with 1 M KOH). The negatively charged groups and hydroxyl groups on the microporous channels increase the formate penetration resistance of watermelon skin membranes in contrast to commercially available membranes, and this is crucial for CO2 electroreduction. Therefore, the confinement of proton donors and negatively charged groups within three-dimensional microporous polymers gives inspiration for the design of high-performance ion-solvating membranes. The development of ion-solvating membranes with low ion resistance and high ion selectivity remains a challenge in the field of electrochemical energy conversion and storage. Here the authors report that watermelon skin ion-solvating membrane exhibits high ion conductivity and high ion selectivity.
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