Power generation by reverse electrodialysis in a single-layer nanoporous membrane made from core–rim polycyclic aromatic hydrocarbons

反向电渗析 纳米孔 电渗析 材料科学 碳纤维 功率密度 纳米技术 化学工程 化学 复合材料 工程类 功率(物理) 复合数 生物化学 量子力学 物理
作者
Xue Liu,Ming He,Dario Calvani,Haoyuan Qi,Karthick Babu Sai Sankar Gupta,Huub J. M. de Groot,G. J. A. Sevink,Francesco Buda,Ute Kaiser,Grégory F. Schneider
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:15 (4): 307-312 被引量:173
标识
DOI:10.1038/s41565-020-0641-5
摘要

Nanoporous graphene and related atomically thin layered materials are promising candidates in reverse electrodialysis research owing to their remarkable ionic conductivity and high permselectivity. The synthesis of atomically thin nanoporous membranes with a narrow pore size distribution, however, remains challenging. Here, we report the fabrication of nanoporous carbon membranes via the thermal crosslinking of core–rim structured monomers, that is, polycyclic aromatic hydrocarbons. The mechanically robust, centimetre-sized membrane has a pore size of 3.6 ± 1.8 nm and a thickness of 2.0 ± 0.5 nm. When applied to reverse electrodialysis, the nanoporous carbon membrane offers a high short-circuit current with an output power density of 67 W m−2, which is about two orders of magnitude beyond that of the classic ion-exchange membranes and current prototype nanoporous membranes reported in the literature. Crosslinked and atomically thin porous polycyclic aromatic hydrocarbon membranes therefore represent new scaffolds that will revolutionize the rapidly developing fields of sustainable energy and membrane technology. Mechanically robust, centimetre-sized, molecularly thin nanoporous carbon membranes were fabricated via the thermal crosslinking of core–rim structured monomers, offering a high reverse electrodialysis short-circuit current with a giant output power density of 67 W m−2.
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