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Neutralization Reaction Assisted Chemical-Potential-Driven Ion Transport through Layered Titanium Carbides Membrane for Energy Harvesting

化学能 电化学梯度 化学工程 化学稳定性 材料科学 碳化钛 化学 化学反应 离子 纳米技术 化学物理 无机化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Pei Liu,Yue Sun,Congcong Zhu,Bo Niu,Xiaodong Huang,Xiang‐Yu Kong,Lei Jiang,Liping Wen
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (5): 3593-3601 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00526
摘要

Chemical potential energy harvesting from the concentration gradient has been largely improved recently due to the development of nanofluidic energy conversion systems. However, the reported systems mainly focus on improving the membrane's performance but neglect the forms of concentration gradient. Here, we demonstrate the chemical reaction assisted chemical-potential-driven directional ion transport through layered titanium carbides membranes for energy harvesting. The MXene membrane with negatively charged nanochannels shows excellent cation selectivity and could reach 1.1 W/m2 for a 500-fold salinity gradient. By adopting the traditional neutralization reaction, HCl/KOH as the acid-base pair (ABP), the power density can reach 7.89 W/m2 with 1 M ABP due to the maintained transmembrane proton gradient. Besides, the membrane's excellent acid-base stability renders the power density stable for ∼192 h without obvious damping. This work provides new inspiration for industrial waste treatment issues and would be worth exploring its potential applications in extreme environments.
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