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MXene部分衍生1D/2D分级异质结构电极助力高效电化学脱盐取
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分类:  创建于:2022-12-05 被查看:1351次
近日,同济大学环境科学与工程学院马杰教授团队在Advanced Science上发表了题为“Ti3C2-MXene Partially Derived Hierarchical 1D/2D TiO2/Ti3C2 Heterostructure Electrode for High-Performance Capacitive Deionization”的学术论文,报道了一种利用原位碱处理构建部分衍生的MXene脱盐电极(1D/2D TiO2/Ti3C2)的新策略。TiO2/Ti3C2电极具有独特的三明治夹层分级结构和赝电容效应,展现出高效的脱盐容量和循环稳定性,此研究对构建具有优异电容去离子性能的MXene基赝电容电极材料具有重要意义。


TiO2/Ti3C2储钠电极的制备、形貌和电化学脱盐机理和性能图

淡水资源稀缺已经演变为全球性问题,海水淡化技术被认为是解决淡水需求最切实可行的方法之一。现有的海水处理技术(如反渗透、膜过滤、电絮凝等)维护费用昂贵、能源消耗高、基础设施复杂。近年来,电容去离子技术(Capacitive deionization,CDI)作为一种新型的水处理技术,具有能量利用率高、产水率高、设备维护简单等优点,受到了广泛关注。目前用于CDI水处理技术的电极材料多为碳材料,其容量有限且稳定性差,限制了进一步发展;具有高比电容的赝电容材料有望用于CDI电极。

为此,该论文提出利用原位碱处理构建部分衍生的MXene脱盐电极(1D/2D TiO2/Ti3C2)的新策略,将其作为赝电容电极,实现了Na+的高效去除。这种材料具有以下优点:1)分级异质结构为盐离子的扩散和吸附提供了大量活性位点和丰富的孔隙;2)表面衍生1D TiO2 纳米线避免了内部2D MXene纳米片的堆叠,同时作为保护层缓解MXene的氧化,提升了电极材料脱盐的循环稳定性;3)TiO2-Ti3C2异质结促进了电吸附位点的电子转移,提升了盐离子的电吸附容量。

近年来,马杰教授团队致力于开展电容去离子技术在水体污染物控制和资源化回收等环境领域的应用研究,团队成员在开发高效电容去离子电极材料方面开展了大量前沿性创新工作,研究成果发表在各期刊杂志。本文的第一作者为马杰教授课题组博士生刘宁宁,马杰教授为通讯作者,同济大学为第一单位。该项研究得到国家自然科学基金、上海市人才发展基金和同济大学环境科学与工程综合交叉联合攻关项目资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202204041
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