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同濟大學馬杰教授團隊電容去離子除氯脫鹽研究取得新進展

來源:同濟大學      2020-09-07
導讀:近日,同濟大學環(huán)境科學與工程學院馬杰教授團隊在電容去離子除氯脫鹽領域取得新進展,相關成果發(fā)表在《先進科學》(Advanced Science)上。

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、離子分離和回收等領域受到廣泛應用。近年來,CDI電極材料實現(xiàn)從以雙電層機理為代表的碳材料到法拉第電極材料的跨越,使得脫鹽性能有了大幅提升。高性能氯離子去除電極能夠顯著提升CDI的脫鹽容量,然而存在容量低、去除速率慢、易發(fā)生副反應和循環(huán)性能差等問題。因此,開發(fā)兼顧高容量和快速率的新型除氯電極有利于促進CDI技術的進一步發(fā)展,也成為當務之急。

Ti3C2Tx/Ag除氯電極制備、電化學脫鹽性能及機理圖

旨在解決上述問題,馬杰團隊提出基于電池-贗電容電荷存儲耦合機制的全新設計思路,開發(fā)新型除氯Ag/Ti3C2Tx(銀/碳化鈦)電極,實現(xiàn)高容量、快速率、低能耗的除氯脫鹽。以低溶解度氯化銀膠體作為前驅(qū)體,利用Ti3C2Tx(碳化鈦)還原特性,原位合成Ag/Ti3C2Tx除氯電極材料。銀顆粒的電池轉(zhuǎn)化效應實現(xiàn)高脫氯容量,Ti3C2Tx二維片層的贗電容特性可以提高離子傳輸速率。同時,以銀納米顆粒作為“橋”縱向連接導電性能優(yōu)異的二維片層結構Ti3C2Tx,構建一個三維電子傳輸網(wǎng)絡,彌補脫鹽過程中形成的氯化銀導電性差的缺點,加速電子在片層之間的傳遞,通過電池-贗電容電荷存儲機制的耦合,實現(xiàn)高容量、快速率、低能耗的除氯脫鹽,為開發(fā)CDI高效率除氯電極提供了全新的設計思路。該成果以“銀/碳化鈦電極耦合電池-贗電容電荷存儲機制,實現(xiàn)高容量、快速率的氯離子捕獲”(Combining Battery-Type and Pseudocapacitive Charge Storage in Ag/Ti3C2Tx MXene Electrode for Capturing Chloride Ions with High Capacitance and Fast Ion Transport)為題發(fā)表在《先進科學》(Advanced Science)上,并被Materials Views China網(wǎng)站予以報道。

環(huán)境學院博士研究生梁明星和碩士研究生王雷(現(xiàn)為德國薩爾大學Volker Presser教授團隊在讀博士)為共同第一作者,馬杰教授為通訊作者,上海海洋大學于飛副教授、德國薩爾大學Volker Presser教授為共同通訊作者,同濟大學為第一單位。

據(jù)悉,近年來團隊在電容去離子去除水體污染物領域取得了原創(chuàng)性的研究成果,在《先進科學 》(Advanced Science)《納米快報》(Nano Letters)《環(huán)境科學與技術》(Environmental Science & Technology)《水研究》(Water Research)等國際期刊上已經(jīng)發(fā)表了一系列論文。本項研究得到國家自然科學基金、上海市人才發(fā)展基金、同濟大學百人計劃和德國研究基金MXene-CDI等項目資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202000621


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