Modelling of Electrochemically Switchable Ion Transport in Nanoporous Membranes with Conductive Surface

Abstract

The impact of potential applied to the conductive surface of nanoporous membrane on the membrane potential at zero current is investigated theoretically on the basis of two–dimensional Space–charge model. The membrane separates two reservoirs with different salt concentrations. It is shown that the variation of applied potential from negative to positive values results in the continuous change of membrane selectivity from cation to anion. For equal ion diffusion coefficients, the dependence of membrane potential on the applied potential is an odd function, while for different ion diffusion coefficients it is shifted along the applied potential axis due to contribution of diffusion potential enhanced by the induced charge effect. The decrease of pore radius results in the increase of ionic selectivity and steep transition between cation– selective and anion–selective states when the applied potential is changing

В работе теоретически исследовано влияние потенциала, приложенного к проводящей поверхности нанопористой мембраны, на мембранный потенциал при нулевом токе на основе двумерной модели пространственного заряда. Мембрана разделяет два резервуара с различными концентрациями соли. Показано, что изменение приложенного потенциала в направлении от отрицательных значений к положительным приводит к непрерывному изменению селективности мембраны от катиона к аниону. При одинаковых коэффициентах диффузии ионов зависимость мембранного потенциала от приложенного является нечетной функцией, в то время как при различных коэффициентах диффузии эта зависимость сдвигается вдоль оси приложенного потенциала за счет вклада диффузионного потенциала, усиленного присутствием индуцированного заряда на проводящей поверхности. Уменьшение радиуса поры приводит к увеличению ионной селективности и более резкому переходу от катион– к анион–селективному состоянию при изменении приложенного потенциала