Title: High-Aligned Oppositely-Charged Nanocellulose/MXene Aerogel Membranes through Synergy of Directional Freeze-Casting and Structural Densification for Osmotic-Energy Harvesting
Authors: Zhanhong Yuan (#), Binglin Zhou (#), Kaiyu Yuan(#), Zhijiang Xie , Ke Zheng, Huiqing Wang*, Chenlu Jiao*, Dongdong Ye*
针对离子传输路径的优化设计可显着提高带电纳米通道的离子传输能力并实现高性能渗透能量收集的有效途径。本课题组通过对藻类纤维素纳米纤维和MXene纳米片进行化学修饰、冷冻铸造和结构致密化，制备带有相反电荷和取向纳米通道的纤维素/MXene气凝胶膜（简称气凝胶膜），显着提升膜在低盐浓度下的离子电导率（最大电导率为2.88× 10-3 S cm-1)。特别是，气凝胶膜的输出功率密度分别比抽滤和非取向气凝胶膜提高2.97和4.89倍，证明纳米结构控制对提升输出性能的必要性。此外，由于MXene的光热效应，相反带电单元在模拟人工海水/河水条件及模拟阳光下实现8.87 W m-2的最大输出功率密度，并在持续运行168小时后仍保持高发电水平。作为概念验证，我们设计并串联九个相反电荷单元，成功输出1.85 V 电压并驱动电子计算器等工作。这项研究揭示具有取向纳米结构的可再生材料可实现高性能渗透能收集。
通讯作者作者为叶冬冬教授，共同通讯作者为焦晨璐副教授和合肥工业大学王慧庆副教授，课题得到课题组郑可副教授等支持。
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