Leidse chemici hebben een nieuw ultradun membraan gemaakt van slechts één molecuul dik. Het membraan kan honderd keer meer energie uit zeewater halen dan de beste membranen die tegenwoordig worden gebruikt. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

Dun en poreus

Wanneer zoet en zout water elkaar ontmoeten, er vindt een uitwisseling van zout en andere deeltjes plaats. Een membraan dat in water is geplaatst, kan energie opnemen van deeltjes die van de ene naar de andere kant bewegen. Een soortgelijk proces kan ook worden gebruikt om zeewater te ontzilten. Leidse chemici hebben een nieuw membraan ontwikkeld dat honderd keer meer energie kan produceren dan klassieke membranen en bekende prototype membranen in de wetenschappelijke literatuur.

Hoeveel stroom wordt opgewekt, hangt af van de dikte van het membraan en hoe poreus het is. Onderzoekers waren in staat om een ​​op koolstof gebaseerd membraan te creëren dat zowel poreus als dun is. Daarom kan het meer energie produceren dan de huidige membranen, die poreus of dun zijn, maar niet allebei.

Om dit nieuwe membraan te maken, Xue Liu en Grégory Schneider verspreiden een groot aantal olieachtige moleculen op een wateroppervlak. Deze moleculaire bouwstenen vormen dan vanzelf een dunne film. Door de film te verhitten, de moleculen zijn op hun plaats vergrendeld, het creëren van een stabiel en poreus membraan. Volgens Xue Liu, het membraan kan worden aangepast aan specifieke vereisten. Liu:"Het membraan dat we hebben gemaakt is slechts twee nanometer dik en doorlaatbaar voor kaliumionen. We kunnen de eigenschappen van het membraan veranderen door een andere moleculaire bouwsteen te gebruiken. Zo kunnen we het aanpassen aan elke behoefte."

grafeen

Het nieuwe koolstofmembraan is vergelijkbaar met grafeen, een groot plat membraan dat alleen uit koolstofatomen bestaat. Maar volgens Grégory Schneider, dit nieuwe membraan valt in een heel andere categorie. Schneider:"Bij het maken van een membraan, veel onderzoekers beginnen met grafeen, die erg dun is, maar niet poreus. Vervolgens proberen ze er gaten in te slaan om het meer doorlaatbaar te maken. We hebben het omgekeerde gedaan door kleine moleculen samen te stellen en een groter poreus membraan van die moleculen te bouwen. In vergelijking met grafeen, het bevat onvolkomenheden, maar dat is wat het zijn speciale eigenschappen geeft."

Dit nieuwe membraan combineert het beste van twee werelden. Schneider:"Veel van het onderzoek op dit gebied was gericht op het creëren van betere katalysatoren, membranen waren een beetje een doodlopende weg. Deze nieuwe ontdekking opent geheel nieuwe mogelijkheden voor energieopwekking, ontzilting en voor het bouwen van veel efficiëntere brandstofcellen."