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Adv. Sci.：同濟馬杰教授在MXene部分衍生1D/2D分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極助力高效電化學(xué)脫鹽取得進展
來源：化學(xué)加原創(chuàng) 2022-12-06
導(dǎo)讀：近日，同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院馬杰教授團隊在《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電極具有獨特的三明治夾層分級結(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儲鈉電極的制備、形貌和電化學(xué)脫鹽機理和性能圖淡水資源稀缺已經(jīng)演變?yōu)槿蛐詥栴}，海水淡化技術(shù)被認(rèn)為是解決淡水需求最切實可行的方法之一?，F(xiàn)有的海水處理技術(shù)（如反滲透、膜過濾、電絮凝等）維護費用昂貴、能源消耗高、基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜。近年來，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)備維護簡單等優(yōu)點，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，實現(xiàn)了Na+的高效去除。這種材料具有以下優(yōu)點：1）分級異質(zhì)結(jié)構(gòu)為鹽離子的擴散和吸附提供了大量活性位點和豐富的孔隙；2）表面衍生1D TiO2 納米線避免了內(nèi)部2D MXene納米片的堆疊，同時作為保護層緩解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)促進了電吸附位點的電子轉(zhuǎn)移，提升了鹽離子的電吸附容量。近年來，馬杰教授團隊致力于開展電容去離子技術(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，團隊成員在開發(fā)高效電容去離子電極材料方面開展了大量前沿性創(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，同濟大學(xué)為第一單位。本項研究得到國家自然科學(xué)基金、上海市人才發(fā)展基金和同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程綜合交叉聯(lián)合攻關(guān)項目資助。論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202204041
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