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Adv. Sci.：同濟(jì)馬杰教授在MXene部分衍生1D/2D分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極助力高效電化學(xué)脫鹽取得進(jìn)展
來(lái)源：化學(xué)加原創(chuàng) 2022-12-06
導(dǎo)讀：近日，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院馬杰教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》上發(fā)表了題為“Ti3C2-MXene Partially Derived Hierarchical 1D/2D TiO2/Ti3C2 Heterostructure Electrode for High-Performance Capacitive Deionization”的學(xué)術(shù)論文，報(bào)道了一種利用原位堿處理構(gòu)建部分衍生的MXene脫鹽電極（1D/2D TiO2/Ti3C2）的新策略，TiO2/Ti3C2電極具有獨(dú)特的三明治夾層分級(jí)結(jié)構(gòu)和贗電容效應(yīng)，展現(xiàn)出高效的脫鹽容量和循環(huán)穩(wěn)定性，此研究對(duì)構(gòu)建具有優(yōu)異電容去離子性能的MXene基贗電容電極材料具有重要意義。
TiO2/Ti3C2儲(chǔ)鈉電極的制備、形貌和電化學(xué)脫鹽機(jī)理和性能圖淡水資源稀缺已經(jīng)演變?yōu)槿蛐詥?wèn)題，海水淡化技術(shù)被認(rèn)為是解決淡水需求最切實(shí)可行的方法之一。現(xiàn)有的海水處理技術(shù)（如反滲透、膜過(guò)濾、電絮凝等）維護(hù)費(fèi)用昂貴、能源消耗高、基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜。近年來(lái)，電容去離子技術(shù)（Capacitive deionization, CDI）作為一種新型的水處理技術(shù)，具有能量利用率高、產(chǎn)水率高、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。目前用于CDI水處理技術(shù)的電極材料多為碳材料，其容量有限且穩(wěn)定性差，限制了進(jìn)一步發(fā)展；具有高比電容的贗電容材料有望用于CDI電極。為此，該論文提出利用原位堿處理構(gòu)建部分衍生的MXene脫鹽電極（1D/2D TiO2/Ti3C2）的新策略，將其作為贗電容電極，實(shí)現(xiàn)了Na+的高效去除。這種材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）分級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)為鹽離子的擴(kuò)散和吸附提供了大量活性位點(diǎn)和豐富的孔隙；2）表面衍生1D TiO2 納米線避免了內(nèi)部2D MXene納米片的堆疊，同時(shí)作為保護(hù)層緩解MXene的氧化，提升了電極材料脫鹽的循環(huán)穩(wěn)定性；3）TiO2-Ti3C2異質(zhì)結(jié)促進(jìn)了電吸附位點(diǎn)的電子轉(zhuǎn)移，提升了鹽離子的電吸附容量。近年來(lái)，馬杰教授團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)展電容去離子技術(shù)在水體污染物控制和資源化回收等環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用研究，團(tuán)隊(duì)成員在開(kāi)發(fā)高效電容去離子電極材料方面開(kāi)展了大量前沿性創(chuàng)新工作，研究成果發(fā)表在Adv. Funct. Mater. 2022, 2209741, Adv. Sci. 2020, 7, 2000621, Nano Lett. 2019, 19, 823等期刊。本文的第一作者為馬杰教授課題組博士生劉寧寧，馬杰教授為通訊作者，同濟(jì)大學(xué)為第一單位。本項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市人才發(fā)展基金和同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程綜合交叉聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目資助。論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202204041
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