On the Origin of Ion Selectivity in Ultrathin Nanopores: Insights for Membrane‐Scale Osmotic Energy Conversion

纳米孔 材料科学 渗透力 反向电渗析 多孔性 表面电荷 纳米技术 离子 化学工程 正渗透 化学物理 复合材料 化学 物理化学 有机化学 工程类 反渗透 生物化学 电渗析
作者
Liuxuan Cao,Qi Wen,Yaping Feng,Danyan Ji,Hao Li,Ning Li,Lei Jiang,Wei Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (39) 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adfm.201804189
摘要

Abstract Nanopores in ultrathin or atomically thin membranes attract broad interest because the infinitesimal pore depth allows selective transport of ions and molecules with ultimate permeability. Toward large‐scale osmotic energy conversion, great challenges remain in extrapolating the promising single‐pore demonstration to really powerful macroscopic applications. Herein, the origin of the selective ion transport in ultrathin nanopores is systematically investigated. Based on a precise Poisson and Nernst–Planck model calculation, it is found that the generation of net diffusion current and membrane potential stems from the charge separation within the electric double layer on the outer membrane surface, rather than that on the inner pore wall. To keep the charge selectivity of the entire membrane, a critical surface charged area surrounding each pore orifice is therefore highly demanded. Otherwise, at high pore density, the membrane selectivity and the overall power density would fall down instead, which explains the giant gap between the actual experimental achievements and the single‐pore estimation. To maximize the power generation, smaller nanopores (pore diameter ≈1–2 nm) are appropriate for large‐scale osmotic energy conversion. With a porosity of ≈10%, the total power density approaches more than 200 W m ‐2 , anticipating a substantial advance toward high‐performance large‐scale nanofluidic power sources.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
xxx_12完成签到,获得积分20
2秒前
Dio发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
5秒前
好吃完成签到 ,获得积分10
5秒前
puzhongjiMiQ发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
7秒前
林狗发布了新的文献求助10
7秒前
nothing发布了新的文献求助10
8秒前
肥鹏完成签到,获得积分10
8秒前
Tigher发布了新的文献求助30
9秒前
烂漫又槐完成签到,获得积分10
9秒前
wang完成签到,获得积分10
9秒前
天天快乐应助狂野大雄鹰采纳,获得10
10秒前
无心的太君完成签到,获得积分10
10秒前
Owen应助77seven采纳,获得10
10秒前
10秒前
10秒前
Hello应助一二三采纳,获得10
10秒前
10秒前
lvlei完成签到,获得积分20
11秒前
11秒前
魏白晴完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
Wan完成签到,获得积分10
13秒前
Tao完成签到,获得积分10
13秒前
kkdkg发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
orixero应助规定在是日采纳,获得10
15秒前
tkdzjr12345完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
16秒前
追风少年完成签到 ,获得积分10
16秒前
17秒前
小羊羔子发布了新的文献求助10
17秒前
自觉瑾瑜发布了新的文献求助10
18秒前
守望者1123完成签到,获得积分10
19秒前
十三完成签到,获得积分10
20秒前
21秒前
高分求助中
Licensing Deals in Pharmaceuticals 2019-2024 3000
Effect of reactor temperature on FCC yield 2000
How Maoism Was Made: Reconstructing China, 1949-1965 800
Introduction to Spectroscopic Ellipsometry of Thin Film Materials Instrumentation, Data Analysis, and Applications 600
Promoting women's entrepreneurship in developing countries: the case of the world's largest women-owned community-based enterprise 500
Shining Light on the Dark Side of Personality 400
Analytical Model of Threshold Voltage for Narrow Width Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors 350
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3310502
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2943362
关于积分的说明 8514240
捐赠科研通 2618611
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1431244
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 664398
邀请新用户注册赠送积分活动 649616