Quantitative Skeletal-Charge Engineering of Anion-Selective COF Membrane for Ultrahigh Osmotic Power Output

化学 离子 电荷(物理) 色谱法 有机化学 生物化学 量子力学 物理
作者
Shuang Zheng,Xing Liu,Chunlei Wang,Zhaofeng Ouyang,Xiaohu Zhang,Shuai Bi,Guosheng Shi,Qing Xu,Joseph S. Francisco,Gaofeng Zeng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (18): 15777-15786 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jacs.5c03492
摘要

Osmotic energy contained in water bodies can generate abundant renewable electricity through reverse electrodialysis (RED) that relies on ion permselective membranes. Anion-permselective membrane RED offers a stable and sustainable energy output potential by maintaining a consistent driving force across the membrane, providing advantages in sustainability and versatility over cation-selective membranes. But significant challenges persist in developing anion-selective membranes that feature high selectivity and low impedance. Herein, this study presents the development of an anion-permselective osmotic power generation system using a free-standing chloride-selective covalent organic framework (COF) membrane. Inspired by biological chloride channels, the membrane is engineered with smooth, straight, and highly charged nanochannels for rapid chloride-anion transport. Its inner structure is stoichiometrically controlled to atomically distribute positive charges on the COF intraplane rings without introducing heterometal atoms or branch groups, enabling selective and efficient single-directional movement of anions. The RED device with this ionic-COF membrane achieves a remarkable output power density of 239.6 W m-2, outperforming commercial benchmarks by 2 orders of magnitude, with low intermediate resistance under demanding gradients. Theoretical simulations corroborate that anion transport within ionic-COF membranes is governed by electrostatic interactions with the charged skeletons, thereby enhancing the anion selectivity and permeability. The findings highlight the potential of ionic-COF membranes for high-efficiency osmotic energy capture, demonstrating a substantial step toward sustainable and stable energy output from salinity gradients.
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
平常万言完成签到 ,获得积分10
刚刚
要减肥芮完成签到,获得积分10
2秒前
UKU发布了新的文献求助30
2秒前
123456789完成签到 ,获得积分10
2秒前
赘婿应助中央戏精学院采纳,获得10
2秒前
3秒前
3秒前
3秒前
独家阿吉豆完成签到,获得积分10
4秒前
俏皮的厉完成签到,获得积分20
5秒前
lucky完成签到,获得积分10
5秒前
lllll77完成签到 ,获得积分20
6秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
7秒前
kongzhiqiqi完成签到,获得积分10
7秒前
泫落完成签到,获得积分10
8秒前
大个应助擦撒擦擦采纳,获得10
8秒前
彩色橘子完成签到,获得积分10
8秒前
亓官完成签到,获得积分10
9秒前
赵鹏发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
三川完成签到,获得积分10
9秒前
Costing完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
10秒前
老艺人完成签到,获得积分10
11秒前
UKU完成签到,获得积分20
11秒前
雀跃发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
漠池完成签到,获得积分10
12秒前
Jasper应助淡定芷蝶采纳,获得10
12秒前
格拉希尔完成签到,获得积分10
12秒前
zyq发布了新的文献求助30
12秒前
拉长的冷霜完成签到 ,获得积分10
12秒前
13秒前
简奥斯汀发布了新的文献求助10
14秒前
ShiyuZhang完成签到,获得积分10
15秒前
现实的宝马完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
WSYang完成签到,获得积分10
17秒前
求助人员发布了新的文献求助30
17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
Encyclopedia of Agriculture and Food Systems Third Edition 2000
Clinical Microbiology Procedures Handbook, Multi-Volume, 5th Edition 临床微生物学程序手册,多卷,第5版 2000
人脑智能与人工智能 1000
King Tyrant 720
Silicon in Organic, Organometallic, and Polymer Chemistry 500
Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, 3rd Edition 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5601001
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4686544
关于积分的说明 14844858
捐赠科研通 4679334
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2539149
邀请新用户注册赠送积分活动 1506013
关于科研通互助平台的介绍 1471253