Impact of Asymmetric Microstructure on Ion Transport in Ti3C2Tx Membranes

微观结构 离子 材料科学 结晶学 化学 冶金 生物化学 有机化学
作者
Kimberly Ventura-Martinez,Yaguang Zhu,Austin Booth,Kelsey B. Hatzell
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (43): 13551-13557 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c03080
摘要

Consolidation or densification of low-dimensional MXene materials into membranes can result in the formation of asymmetric membrane structures. Nanostructural (short-range) and microstructural (long-range) heterogeneity can influence mass transport and separation mechanisms. Short-range structural dynamics include the presence of water confined between the 2D layers, while long-range structural properties include the formation of defects, micropores, and mesopores. Herein, it is demonstrated that structural heterogeneity in Ti3C2Tx membranes fabricated via vacuum-assisted filtration significantly affects ion transport. Higher ion permeabilities are achieved when the dense "bottom" side of the membrane, rather than the porous "top" side, faces the feed solution. Characterization of the membrane reveals distinct differences in flake alignment, surface roughness, and porosity across the membrane. The directional dependence on permeability suggests that one region of the membrane experiences stronger internal concentration polarization, potentially suppressing permeability through the porous side of the membrane.

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