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A Highly Conductive Cationic Wood Membrane

材料科学 纤维素 纳米纤维 阳离子聚合 极限抗拉强度 化学工程 木质素 纳米尺度 纳米技术 复合材料 高分子化学 有机化学 化学 生物化学 工程类
作者
Gegu Chen,Tian Li,Chaoji Chen,Chengwei Wang,Yang Liu,Weiqing Kong,Dapeng Liu,Bo Jiang,Shuaiming He,Yudi Kuang,Liangbing Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (44) 被引量:121
标识
DOI:10.1002/adfm.201902772
摘要

Abstract Here, a highly conductive cationic membrane is developed directly from natural wood via a two‐step process, involving etherification and densification. Etherification bonds the cationic functional group ((CH 3 ) 3 N + Cl − ) to the cellulose backbone, converting negatively charged (ξ‐potential of −27.9 mV) wood into positively charged wood (+37.7 mV). Densification eliminates the large pores of the natural wood, leading to a highly laminated structure with the oriented cellulose nanofiber and a high mechanical tensile strength of ≈350 MPa under dry conditions (20 times higher than the untreated counterpart) and ≈98 MPa under wet conditions (×5.5 increase compared to the untreated counterpart). The nanoscale gaps between the cellulose nanofibers act as narrow nanochannels with diameters smaller than the Debye length, which facilitates rapid ion transport that is 25 times higher than the ion conductance of the natural wood at a low KCl concentration of 10 × 10 −3 m . The demonstrated cationic wood membrane exhibits enhanced mechanical strength and excellent nanofluidic ion‐transport properties, representing a promising direction for developing high‐performance nanofluidic material from renewable, and abundant nature‐based materials.
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