Imparting Ion Selectivity to Covalent Organic Framework Membranes Using de Novo Assembly for Blue Energy Harvesting

化学 反向电渗析 离子键合 化学工程 离子 共价有机骨架 渗透力 分子 界面聚合 共价键 电渗析 聚合物 纳米技术 单体 有机化学 反渗透 正渗透 工程类 材料科学 生物化学
作者
Sifan Chen,Changjia Zhu,Weipeng Xian,Xinyu Liu,Xiaolong Liu,Qinghua Zhang,Shengqian Ma,Qi Sun
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (25): 9415-9422 被引量:103
标识
DOI:10.1021/jacs.1c02090
摘要

It has long been a challenge to fabricate angstrom-sized functional pores for mimicking the function of biological channels to afford selective transmembrane transport. In this study, we describe a facile strategy to incorporate ionic elements into angstrom-sized channels using de novo encapsulation of charged dye molecules during the interface polymerization of a three-dimensional covalent organic framework (3D COF). We demonstrate that this approach is tailorable as it enables control over both the type and content of the guest and thus allows manipulation of the membrane function. The resulting membranes exhibit excellent permselectivity and low membrane resistance, thereby indicating the potential for harvesting salinity gradient (blue) energy. As a proof-of-concept study, the reverse electrodialysis device coupled with positive and negative dye encapsulated COF membranes afforded a power density of up to 51.4 W m–2 by mixing the simulated seawater and river water, which far exceeds the commercialization benchmark (5 W m–2). We envision that this strategy will pave the way for constructing new multifunctional biomimetic systems.
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