Self‐Assembled Nanoporous Metal–Organic Framework Monolayer Film for Osmotic Energy Harvesting

材料科学 单层 化学工程 纳米孔 咪唑 纳米技术 有机化学 化学 生物化学 工程类
作者
Jie Xiao,Muyu Cong,Minmin Li,Xin Zhang,Yahui Zhang,Xinjia Zhao,Wenqi Lu,Zhimou Guo,Xinmiao Liang,Guangyan Qing
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (2) 被引量:62
标识
DOI:10.1002/adfm.202307996
摘要

Abstract Osmotic energy represents a promising energy resource because it is sustainable and environmentally benign. Subnanoscale channels are considered as a competitive platform for generating this blue energy due to their highly selective and ultrafast ion transport. However, fabricating functional subnanochannels capable of high energy output remains challenging. Here, a heterogeneous subnanochannel membrane formed by coating a functionalized self‐assembled metal−organic framework (MOF) monolayer (SAMM) film on a porous anodic aluminum oxide membrane, is reported. The SAMM film, with a thickness of ≈160 nm, is fabricated by self‐assembly of poly(methyl methacrylate‐ co ‐vinylimidazole)‐modified UiO‐66‐NH 2 nanoparticles at the water−air interface. In the SAMM, imidazole and NH 2 groups provide abundant positive charges, while the angstrom‐scale windows act as ionic filters for selective screening of anions with different hydration diameters. As a result, the heterogeneous membrane exhibits excellent capacity for anion‐selective transport, which contributes to an optimal osmotic power of 6.76 W m −2 under a 100‐fold NaCl gradient, as well as a high Cl − /SO 4 2− selectivity of ≈42.2. Further, the output power is increased to 10.5 W m −2 by methylating imidazole moieties on the MOF surface. This work provides a facile and modular approach to fabricate subnanochannels for enabling highly selective and efficient osmotic energy conversion.
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