MXene Composite Membranes with Enhanced Ion Transport and Regulated Ion Selectivity

选择性 离子 功率密度 化学工程 材料科学 水化能 密度泛函理论 电导 化学 有机化学 计算化学 功率(物理) 热力学 工程类 催化作用 物理 组合数学 生物化学 数学
作者
Xin Tong,Su Liu,Yangying Zhao,Lei Huang,John C. Crittenden,Yongsheng Chen
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (12): 8964-8974 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c01765
摘要

Two-dimensional (2D) material-based membranes are promising candidates for various separation applications. However, the further enhancement of membrane ion conductance is difficult, and the regulation of membrane ion selectivity remains a challenge. Here, we demonstrate the facile fabrication of MXene composite membranes by incorporating spacing agents that contain SO3H groups into the MXene interlayers. The synthesized membrane shows enhanced ion conductance and ion selectivity. Subsequently, the membranes are utilized for salinity gradient power (SGP) generation and lithium-ion (Li+) recovery. The membrane containing poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) as the spacing agent shows a much higher power density for SGP generation as compared to the pristine MXene membrane. Using artificial seawater and river water, the power density reaches 1.57 W/m2 with a testing area of 0.24 mm2. Also, the same membrane shows Li+/Na+ and Li+/K+ selectivities of 2.5 and 3.2, respectively. The incorporation of PSS increases both the size and charge density of the nanochannels inside the membrane, which is beneficial for ion conduction. In addition, the density functional theory (DFT) calculation shows that the binding energy between Li+ and the SO3H group is lower than other alkali ion metals, and this might be one major reason why the membrane possesses high Li+ selectivity. This study demonstrates that incorporating spacing agents into the 2D material matrix is a viable strategy to enhance the performance of the 2D material-based membranes. The results from this study can inspire new membrane designs for emerging applications including energy harvesting and monovalent ion recovery.
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
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
Aria应助墨客采纳,获得10
1秒前
Hello应助wwdz采纳,获得30
1秒前
薛小飞发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
1秒前
2秒前
钇铯发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
風來完成签到,获得积分10
3秒前
上官若男应助奋斗从阳采纳,获得10
3秒前
针尖上的王子完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
4秒前
一研为定发布了新的文献求助20
4秒前
5秒前
大仙女发布了新的文献求助10
5秒前
wangjianyu关注了科研通微信公众号
5秒前
AZN完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
LZC完成签到,获得积分10
7秒前
小妮发布了新的文献求助10
7秒前
可爱的函函应助俎树同采纳,获得10
7秒前
高会和发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
8秒前
厉飞羽发布了新的文献求助10
8秒前
j736999565发布了新的文献求助10
8秒前
调研昵称发布了新的文献求助10
9秒前
hym完成签到,获得积分10
9秒前
鲤鱼睿渊完成签到,获得积分10
9秒前
现实的听芹完成签到,获得积分10
9秒前
sunshine发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
访文完成签到 ,获得积分10
10秒前
高分求助中
Evolution 10000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 600
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3156728
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2808129
关于积分的说明 7876351
捐赠科研通 2466523
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1312903
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630304
版权声明 601919