環境科學與工程學院馬傑教授團隊在高摻氮碳電極電容去離子脫鹽除氯方面取得進展⇨，相關成果發表於《先進功能材料》
來源：環境科學與工程學院
時間🧕🏻🧚♀️：2022-10-09 瀏覽🏊🦻🏼：
近日，我校環境科學與工程學院馬傑教授團隊在高摻氮碳電極電容去離子脫鹽除氯方面取得進展，相關成果“A Reverse-Defect-Engineering Strategy toward High Edge-Nitrogen-Doped Nanotube-Like Carbon for High-Capacity and Stable Sodium Ion Capture”發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上🍜。
石油化工、電力、鋼鐵等行業中循環冷卻水用量巨大，約占城市總用水量70％以上，氯離子去除是工業循環水處置的熱點和難點🫰，氯離子是一種強腐蝕性離子🚣，半徑小，穿透性強，易穿過膜層置換氧原子形成氯化物🤍，引發設備和構築物腐蝕加速🩱；同時高濃度氯離子會破壞細胞膜和菌體內酶🥭👩🏿💼，抑製微生物生長，嚴重危害水環境，氯離子（Cl-）穩定、極性強且難去除，如何實現其高效去除對保護生態環境和推動汙水資源化利用高質量發展具有重大意義。
電容去離子技術（Capacitive deionization,CDI）通過施加電場實現離子電化學高效去除和分離，當電極短路或施加反向電壓時離子脫離電極，具有能量利用率高🙇♂️、產水率高、設備維護簡單等優點🧑🏻🍼☝️。由於成本低、導電性好、資源豐富且容易獲取🦉👁，碳材料被認為是最具有實際應用前景的CDI電極，因而得到廣泛應用⇨。然而，脫鹽容量低𓀖🧖🏿♂️、速率慢🧑🏿🏫、穩定性差等難題製約了其進一步發展👩🏿。因此，開發高效碳基電極對推動工業循環冷卻水除鹽除氯具有重要意義。
圖1 高邊緣型氮摻雜的類管狀碳電極製備示意圖（左）及電化學脫鹽性能對比圖（右）
非金屬元素摻雜是增加活性位點，提高碳材料電化學性能的重要途徑之一。傳統碳材料摻氮方法是將含有氮源的前驅體在高溫下熱解，煆燒溫度高，石墨化程度高，但摻氮量低🧑🏿🎨；煆燒溫度低，摻氮量高🥳，但石墨化程度低。因此，采用從零到多的摻氮策略來權衡本征導電性和活性位點，充滿挑戰，難以逾越👩🏻🦽。馬傑教授團隊采用有別於傳統的由零到多的摻氮策略🛕，選取具有sp2雜化碳原子和氮原子堆積結構的石墨相氮化碳作為前驅體，基於逆向缺陷工程策略（Reverse-Defect-Engineering Strategy），在保持優異導電性的同時實現碳材料的高摻氮量。利用氫氣還原耦合梯度升溫方法🎊，增加拓撲缺陷，在無金屬催化劑添加的情況下，實現類管狀形貌的合成🧑🏼🎓；利用分子間氫鍵作用調控前驅體🧙♂️，實現吡咯氮/吡啶氮比例的有效調控。製備得到的高邊緣型氮摻雜的類管狀碳電極展現了高容量、快速率、低能耗、優異循環穩定性的鹽離子去除性能，為解決工業循環冷卻水脫鹽難題的CDI碳基電極提供重要的設計思路。
近年來♦️，馬傑教授團隊在電容去離子技術應用於汙染物控製和資源化領域取得了原創性的研究成果🥷，在《先進科學 》（Advanced Science）《納米快報》（Nano Letters）《研究》（Research）《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）《水研究》（Water Research）等國際期刊上發表了一系列論文。
馬傑教授課題組博士生梁明星為論文第一作者👩👩👧👧，馬傑教授為通訊作者👩🦽➡️，恒达平台為第一單位。該研究得到國家自然科學基金🏖、上海市人才發展基金和恒达平台環境科學與工程綜合交叉聯合攻關項目資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202209741
