Engineering Low-Resistance Heterogeneous Nanofluidics for Ultrahigh Osmotic Energy Conversion

化学 纳米流体学 渗透力 能量转换 纳米技术 正渗透 热力学 生物化学 膜 物理 反渗透 材料科学
作者
Ke Li,Zidi Yan,Shuo Yang,Weiwen Xin,Xuanze Li,Yuge Wu,Kehan Zou,Dehua Huang,Haoyang Ling,Tianchi Liu,Zhehua Zhang,Xiang‐Yu Kong,Lei Jiang,Liping Wen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (28): 24708-24718 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.5c06122
摘要

Emerging heterogeneous nanofluidics are promising alternatives for harvesting sustainable and clean osmotic energy, primarily due to their capability to reduce Gibbs free energy dissipation. However, the misalignment of nanochannels across different layers in heterogeneous nanofluidics results in low ion flux and high transport resistance, thereby limiting their practical applications. Here, we develop a continuous in situ growth strategy to construct heterogeneous metal-organic framework nanofluidics (H-CuMOF-NMs) that contribute to an enhanced ion flux of 1.13 × 1014 ions s-1. The channel-structure-matched nanochannels substantially reduce the transport resistance for Na+ ions to selectively pass through heterogeneous interfaces, as corroborated by theoretical simulations. Consequently, an impressive output power density of 12.1 W m-2 is achieved by mixing natural seawater and river water. Large-scale H-CuMOF-NMs measuring 20 × 40 cm2 are successfully manufactured as commercial membrane stacks capable of continuously powering electrical devices. The proposed nanofluidics show significant potential in separation processes and energy conversion.
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