Polymeric Nano‐Blue‐Energy Generator Based on Anion‐Selective Ionomers with 3D Pores and pH‐Driving Gating

材料科学 离聚物 离子键合 耗散颗粒动力学模拟 化学工程 化学物理 门控 功率密度 离子 纳米流体学 纳米技术 聚合物 功率(物理) 复合材料 有机化学 化学 热力学 共聚物 生物物理学 工程类 物理 生物 生物化学
作者
Xuanbo Zhu,Jundong Zhong,Junran Hao,Yuzhang Wang,Jiajia Zhou,Jingwen Liao,Yujie Dong,Jinhui Pang,Haibo Zhang,Zizhun Wang,Wei Zhang,Weitao Zheng,Zhenhua Jiang,Yahong Zhou,Lei Jiang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (44) 被引量:27
标识
DOI:10.1002/aenm.202001552
摘要

Abstract Blue energy as a renewable, substantial energy resource has attracted scientists who are interested in discovering abundant membrane materials to achieve high power density. For decades, ionomers have been used as ion‐exchange membrane to harvest this energy. Though extensive studies have been conducted, the underlying mechanism of ionic transmembrane behavior is still under debate. Here, the ionic transmembrane properties through membranes with 3D pores prepared by ionomers (polyphenylsulphone with pyridine pendants (PPSU‐Py)) are systematically studied. A series of PPSU‐Py with tunable porosities and surface charge densities is obtained simply by adjusting the percentages of the pendant. Nanoscale morphologies of the ionomers are simulated with the dissipative particle dynamic method, which is in agreement with the experimental data. Then, nanofluidic behaviors of as‐prepared porous membranes are studied, which exhibit anion selectivity, pH gating, and modulated transmembrane conductance. Furthermore, a series of salinity gradient power harvesters based on the ionomers are constructed, of which the output power density is improved by tuning the charge density with the maximum output power density that reaches up to 1.44 W m ‐2 . The impact of the ionomer on nanofluidic behavior is systematically discussed, and it is believed this work will shed light on nanofluidic materials and blue energy generator design.
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