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Efficient Osmotic Energy Conversion Enabled by Self-Standing COF Membranes With Varied Sulfonic Acid Group Density

Titelangaben

Ma, Xi ; Cheng, Xiaoxiao ; Fischer, Tamara ; Senker, Jürgen ; Sun, Qi ; Agarwal, Seema:
Efficient Osmotic Energy Conversion Enabled by Self-Standing COF Membranes With Varied Sulfonic Acid Group Density.
In: Advanced Materials. (2026) . - e73758.
ISSN 1521-4095
DOI: https://doi.org/10.1002/adma.73758

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1585: Strukturierte Funktionsmaterialien für multiplen Transport in nanoskaligen räumlichen Einschränkungen
492723217

Abstract

The Gibbs free energy generated from the mixing of seawater and freshwater across a salinity gradient is considered one of the most significant yet underutilized renewable energy sources. Membrane-based reverse electrodialysis (RED) enables direct electricity generation from osmotic energy by harnessing the net ion flux driven by concentration gradients across ion-selective membranes. However, entropy generation caused by non-selective ion mixing significantly limits the power density of RED systems. Therefore, enhancing membrane ion selectivity is critical. 2D covalent organic frameworks (COFs) demonstrate remarkable potential for osmotic energy conversion due to their aligned 1D nanochannel, high porosity, and organized ionic groups. Herein, we present a strategy leveraging electrostatic repulsion to controllably fabricate TpPa-(SO3H)X COF (X = 0.5, 1, 1.5, 2) membranes with varied ionic group density. Via stoichiometric modulation during COF synthesis, we achieved variation in sulfonic acid group density within nanochannels, enabling optimized charge-governed ion selectivity. Under salinity gradients mimicking seawater/freshwater conditions (0.5 m/0.01 m, NaCl), the device delivered an exceptional power output density of 24.53 W m−2, representing a 4.9-fold enhancement over commercial benchmarks (5 W m−2). This study presents a novel method and strategy for the design and application of ion-selective membranes in mass transport and efficient energy conversion.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: covalent organic frameworks; ionic membrane; ion separation; osmotic energy
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Anorganische Chemie III > Lehrstuhl Anorganische Chemie III - Univ.-Prof. Dr. Jürgen Senker
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Lehrstuhl Makromolekulare Chemie II
Research Networks > Polymers and Interfaces
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Nordbayerisches Zentrum für NMR-Spektroskopie - NMR-Zentrum
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität > Bayerisches Polymerinstitut (BPI)
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1585 - MultiTrans – Structured functional materials for multiple transport in nanoscale confinements
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Eingestellt am: 02 Jul 2026 06:58
Letzte Änderung: 02 Jul 2026 09:14
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/98949