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Metallic Two-Dimensional MoS2 Composites as High-Performance Osmotic Energy Conversion Membranes

化学 二硫化钼 渗透力 复合材料 离子键合 能量转换 缓压渗透 纳米技术 相(物质) 离子 化学物理 工作(物理) 扩散 化学工程 金属 材料科学 正渗透 热力学 反渗透 工程类 物理 有机化学 生物化学
作者
Congcong Zhu,Pei Liu,Bo Niu,Yannan Liu,Weiwen Xin,Weipeng Chen,Xiang‐Yu Kong,Zhen Zhang,Lei Jiang,Liping Wen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (4): 1932-1940 被引量:217
标识
DOI:10.1021/jacs.0c11251
摘要

Molybdenum disulfide (MoS2) has shown large promise in harvesting osmotic energy. However, the current investigations generally focus on proof-of-concept nanoscale single-pore devices with a semiconductor phase structure. Exploration of the application viability of MoS2 in a more robust macroscopic-scale two-dimensional (2D) nanofluidic membrane and acquisition of fundamentals of how the phase structure influences the power generation process are highly demanded. Here, we demonstrate that robust and stable composite membranes made up of 2D metallic MoS2 can act as high-performance osmotic power generators. Both experiment and simulation reveal that the higher electron density of metallic MoS2 increases the affinity of cations to the surface, which renders the system excellent ion selectivity and high ionic flux and greatly promotes transmembrane ion diffusion. When natural river water and seawater are mixed, the power density can achieve about 6.7 W m–2. This work shows the great potential of metallic MoS2 in nanofluidic energy devices.
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