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同济大学马杰教授团队电容去离子除氯脱盐研究取得新进展
2020-09-07 10:01:00
同济大学
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  近日,同济大学环境科学与工程学院马杰教授团队在电容去离子除氯脱盐领域取得新进展,相关成果发表在《先进科学》(Advanced Science)上。

  电容去离子(CDI)技术具有效率高、易再生和易维护等优势,在脱盐、离子分离和回收等领域受到广泛应用。近年来,CDI电极材料实现从以双电层机理为代表的碳材料到法拉第电极材料的跨越,使得脱盐性能有了大幅提升。高性能氯离子去除电极能够显著提升CDI的脱盐容量,然而存在容量低、去除速率慢、易发生副反应和循环性能差等问题。因此,开发兼顾高容量和快速率的新型除氯电极有利于促进CDI技术的进一步发展,也成为当务之急。

Ti3C2Tx/Ag除氯电极制备、电化学脱盐性能及机理图

  旨在解决上述问题,马杰团队提出基于电池-赝电容电荷存储耦合机制的全新设计思路,开发新型除氯Ag/Ti3C2Tx(银/碳化钛)电极,实现高容量、快速率、低能耗的除氯脱盐。以低溶解度氯化银胶体作为前驱体,利用Ti3C2Tx(碳化钛)还原特性,原位合成Ag/Ti3C2Tx除氯电极材料。银颗粒的电池转化效应实现高脱氯容量,Ti3C2Tx二维片层的赝电容特性可以提高离子传输速率。同时,以银纳米颗粒作为“桥”纵向连接导电性能优异的二维片层结构Ti3C2Tx,构建一个三维电子传输网络,弥补脱盐过程中形成的氯化银导电性差的缺点,加速电子在片层之间的传递,通过电池-赝电容电荷存储机制的耦合,实现高容量、快速率、低能耗的除氯脱盐,为开发CDI高效率除氯电极提供了全新的设计思路。该成果以“银/碳化钛电极耦合电池-赝电容电荷存储机制,实现高容量、快速率的氯离子捕获”(Combining Battery-Type and Pseudocapacitive Charge Storage in Ag/Ti3C2Tx MXene Electrode for Capturing Chloride Ions with High Capacitance and Fast Ion Transport)为题发表在《先进科学》(Advanced Science)上,并被Materials Views China网站予以报道。

  环境学院博士研究生梁明星和硕士研究生王雷(现为德国萨尔大学Volker Presser教授团队在读博士)为共同第一作者,马杰教授为通讯作者,上海海洋大学于飞副教授、德国萨尔大学Volker Presser教授为共同通讯作者,同济大学为第一单位。

  据悉,近年来团队在电容去离子去除水体污染物领域取得了原创性的研究成果,在《先进科学 》(Advanced Science)《纳米快报》(Nano Letters)《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology)《水研究》(Water Research)等国际期刊上已经发表了一系列论文。本项研究得到国家自然科学基金、上海市人才发展基金、同济大学百人计划和德国研究基金MXene-CDI等项目资助。

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