同濟大學馬杰教授團隊在電容去離子除氯脫鹽方面取得進展

電容去離子（CDI）技術具有效率高、易再生和易維護等優(yōu)勢，在脫鹽、離子分離和離子回收等領域受到廣泛關注。以活性炭為代表的碳基電極在電容去離子領域得到了廣泛應用，但以雙電層吸附機制主導的碳基電極存在脫鹽容量低、穩(wěn)定性差等問題，而基于法拉第機制的新型電容去離子電極具有脫鹽容量高、電荷效率高和無同離子排斥效應等優(yōu)點，成為目前研究熱點。近年來，對于CDI電極材料研究，主要集中在脫鈉電極材料，而對電極對氯離子的去除效率也會制約和影響系統(tǒng)的整體脫鹽能力，因此，開發(fā)兼顧高脫鹽容量和快脫鹽速率的新型脫氯電極有利于促進CDI脫鹽技術的進一步發(fā)展。

Ti₃C₂T_x/Ag除氯電極制備、電化學脫鹽性能及機理圖

近日，同濟大學環(huán)境科學與工程學院馬杰教授團隊、上海海洋大學于飛副教授團隊和德國薩爾大學Volker Presser教授團隊合作，基于電池-電容耦合機制，開發(fā)新型除氯電極，實現高容量、快速率、低能耗的除氯脫鹽。利用低溶解度AgCl膠體作為前驅體，利用Ti₃C₂T_x還原特性，原位合成不同載銀尺寸的Ti₃C₂T_x/Ag脫氯電極材料。Ag納米顆粒的電池轉化效應實現高脫氯容量，Ti₃C₂T_x的贗電容特性易于離子傳輸，以Ag納米顆粒作為“Bridges”縱向連接導電性能優(yōu)異的2D片層結構Ti₃C₂T_x，構建一個三維電子傳輸網絡，彌補脫鹽過程中形成的AgCl導電性差的缺點，加速電子在片層之間的傳遞，通過電池-電容耦合機制實現高容量、快速率、低能耗的除氯脫鹽。該工作提出的電池-電容耦合機制，為開發(fā)實際應用的CDI除氯電極提供了一個全新的設計思路。馬杰教授課題組博士梁明星和碩士生王雷（現Volker Presser教授團隊在讀博士）為論文共同第一作者，上述工作發(fā)表于Wiley旗下多學科領域國際期刊Advanced Science，并被Materials Views China予以報道。

近年來，馬杰教授團隊致力于電容去離子技術在環(huán)境工程領域應用研究，團隊成員合成具有電池行為過渡金屬化合物--碳包覆磷酸釩鈉（Na₃V₂(PO₄)₃@C）；采用化學共沉淀法合成尖晶石型鐵氧體ZnFe₂O₄，實現高容量、穩(wěn)定、長壽命脫鹽（Nano Lett. 2019, 19, 823，ESI高被引，Environ. Sci. Technol. Lett. 2020, 7, 118.），從傳統(tǒng)的碳基電極材料到法拉第電極材料，電容去離子技術的性能和內涵得到巨大的提升和拓展，通過新型電極材料的設計和開發(fā)，對推動電容去離子技術的規(guī)模化應用具有重要意義。膜電極組裝方面，采用“大小通吃”/“堿化組裝“的膜電極設計策略，構建全MXene薄膜電極，有效推動MXene等二維片層材料電極的設計及其在電容去離子技術中的應用（Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 4554.，J. Mater. Chem. A, 2020, DOI: 10.1039/D0TA06994A）。為進一步拓展和發(fā)揮電容去離子技術在水體污染物控制和資源化回收等環(huán)境領域應用的優(yōu)勢，開展電容去離子技術去除水體污染物、資源化回收水中的磷等開拓性研究（Water Res., 2020,184, 116100，J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 15999，J. Hazard. Mater., 2020, 382, 121039），上述研究獲得了國家自然科學基金、上海市人才發(fā)展基金、同濟大學中青年科技領軍人才、同濟大學百人計劃和德國研究基金MXene-CDI等項目支持。

相關鏈接：

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（原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0TA06994A）

投稿：馬杰教授團隊