离子液体在聚阳离子膜上的应用

2024-10-22 09:07:48 sh默尼 1

环境资源提供了大量的能源资源,它的战略性利用对人类生存至关重要。例如,昼夜湿度循环代表了环境湿度水平的日常变化,可为预测天气情况提供有力证据。然而,目前人们在利用环境湿度循环造福人类方面所做的努力微乎其微。由离子在生物膜上定向移动的跨膜离子通量可以被精确定制和利用,在生理研究、医疗干预和药物发现等不同领域具有重大效益。渗透能量转换是跨膜离子通量的应用实例,如利用水从低浓度到高浓度区域迁移产生的压力变化可用于驱动涡轮机或发电。因此,对跨膜离子通量的战略控制为改善人类生活和技术进步提供了大好机会。


基于此,来自北京航天大学李超中国人民大学王艳磊香港理工大学John H. Xin香港大学Shuang Zheng团队使用环境湿度循环作为跨膜离子传输的驱动力,并通过将该技术集成到微流体设备中进一步应用。

离子液体(IL)具有非挥发性,在柔性电子和能量转换等各个行业中都具有应用价值。由于该设备的有效性取决于空气湿度与离子液体之间的相互作用,因此具有高吸湿性的质子离子液体是理想选择。Cl-能有效地与电极相互作用,可以促进离子电流转化为可检测的电信号输出。因此,研究人员选择含Cl-的质子离子液体作为装置材料。该装置由夹在两层离子液体之间的聚阳离子膜组成,其中一层离子液体与空气隔离(隔离层),而另一层则暴露在大气中(开放层)。

随着湿度的增减,膜上持续存在的含水量差异会促进离子通量,而离子通量由多阳离子膜选择性调节。除了对膜的研究,研究人员还探讨了离子交换树脂层如何影响离子通量和离子电流的产生。他们合成了三种PEA ILs[PEA230]Cl2[PEA400]Cl2 [PEA2000]Cl2),并将其集成到仪器中测定输出功率密度。结果发现,与其它由空气湿度触发发电的装置相比,该装置在功率密度和电流密度方面都有显著进步,并且具有长期稳定性。

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