Amélioration de la récolte d'énergie osmotique grâce à la conception supramoléculaire de MXene fonctionnalisé par oxygène avec des canaux ioniques biomimétiques

Résumé La technologie de l'électrodialyse inverse (RED), reposant sur des membranes à perméabilité sélective aux ions (ISPM), offre un moyen direct de récolter l'énergie osmotique provenant de la différence de salinité entre l'eau de mer et l'eau douce. Les défis techniques critiques incluent les limitations des porteurs de charge immobiles des ISPM, la résistance interne ionique transmembranaire et la durabilité dans l'eau. S'inspirant de la structure de sous-unité du canal sodique épithélial (ENaC), une ISPM assemblée en utilisant une stratégie d'ingénierie supramoléculaire est introduite. Cette approche innovante permet l'action synergique de multiples blocs de construction moléculaires pour imiter la distribution des structures de sous-unités d'ENaC, en planifiant stratégiquement le placement des porteurs de charge immobiles sur des canaux nanofluidiques. La conception intègre des MXene fonctionnalisés riches en oxygène (O-MXene) confinés à l'échelle nanométrique et des fibres aramidées à haute résistance pour construire des canaux nanofluidiques 3D avec une densité de charge de surface élevée. Améliorée par un réseau de liaison de carboxyméthylcellulose de sodium, l'ISPM a atteint une densité de puissance de sortie exceptionnelle de 21,7 W m −2 et une efficacité de conversion énergétique de 46,0 % dans un système de demi-cellule RED utilisant de l'eau de mer naturelle et de l'eau de rivière, surpassant les technologies actuelles. Cette recherche fait non seulement progresser la technologie RED mais fournit également des concepts de personnalisation biomimétique pour la conception d'ISPM dans diverses applications, y compris les batteries à flux, les piles à hydrogène et des domaines connexes.