2025年05月30日
近日，西交利物浦大学理学院化学与材料科学系丁萌团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》发表了重要研究成果。该研究由丁萌博士指导、博士研究生周未主导，通过静电自组装将胺化后的三金属普鲁士蓝空心球CoMnFe-PBA-HSs以5：2的比例嵌入到层状Ti3C2Tx MXene中，为混合电容去离子（HCDI）设计和开发新型电极材料。
作为一种新兴的海水淡化技术，电容去离子（CDI）技术具有高能效，可持续发展和能耗低等特点。电极材料是该技术的核心，对脱盐性能起到决定性影响。传统的碳基材料一般脱盐率低，且常伴随着限制性能的同离子效应，与之相比法拉第材料具有更高的吸附容量。
丁博士表示在法拉第电极材料中，普鲁士蓝类似物（PBAs）因其独特的开放式骨架结构和丰富的Na+插入/去除通道而受到广泛关注。传统的PBA具有高吸附容量，但由于姜泰勒畸变易导致的结构严重变形，其循环寿命较短。为了解决这些问题，许多研究人员试图通过各种策略来提高PBA的稳定性。
图1 PBA@MXene的制备过程示意图。
在本研究中，团队利用高导电性的Ti3C2Tx-MXene作为导电基底，并通过静电自组装方法将三元金属空心球CoMnFe-PBA-HSs负载到MXene上。以MnFe-PBA为主框架通过Co替代抑制充放电循环过程中的晶格畸变来提高MnFe-PBA的稳定性。同时，为CoMnFe-PBA设计了中空结构，预计其在离子插入/提取过程中具有更高的结构稳定性，增加比表面积并提供丰富的活性位点。最后，将高质量的Ti3C2Tx与CoMnFe-PBA-HSs相结合以提高导电性，被3-氨丙基三甲氧基硅烷胺（APS）官能化的CoMnFe-PBA-HSs通过静电力和MXene之间建立牢固的连接。
通过PBA和MXene的协同作用，该复合材料最大吸附容量（SAC）达到328.3 mg g-1（NaCl浓度为5000 μS cm-1，电流密度为20 mA g-1），循环稳定性优异（在80次循环中容量保持率为100%）。这种新型复合材料为PBA和MXene的复合方向提供了一种基于多种组分协同效应的合理的设计策略，推进HCDI技术的发展。
内容素材：丁萌博士、周未
编辑：王璐谣
审核：John Moraros教授
2025年05月30日