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近日，内蒙古大学化学化工学院温晓茹副教授与厦门大学物理科学与技术学院叶美丹教授合作在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了题为“Synergetic pseudocapacitive sodium capture for efficient saline water desalination by iron oxide hydroxide-decorated palladium nanoparticle anchored 3D flowerlike molybdenum sulfide”的研究论文。基于研究团队前期在CDI环境水处理领域的探究，研究团队开发了一种通过两步自发界面氧化还原反应构建了三维异质结构羟基氧化铁/钯/二硫化钼（FeOOH/Pd/MoS2）复合材料，作为应用于海水淡化处理的高效法拉第电极材料。不同于基于双电层理论的传统碳基CDI电极材料，FeOOH/Pd/MoS2电极得益于各组分间高效的协同效应，该复合电极在500 mg L-1的NaCl溶液中的脱盐容量高达41.1 mg g-1，同时具有良好的循环稳定性。通过非原位XPS表征，证明了各组分间高效协同的法拉第去除过程。同时，通过实验并结合密度泛函理论计算的方法，证明了FeOOH和Pd双组分可以有效地调整MoS2的电子结构，增强电子导电性，从而促进对钠离子的吸附能力。此外，初步探究了该复合电极对于重金属的吸附能力，在模拟重金属废水体系中，该电极对各种重金属离子（Pb2+，Cd2+，Cu2+，Ni2+及Cr3+）的去除率高达91.25%，表明其在低浓度废水净化领域的应用前景。这项工作为新型异质结构的高效稳定MoS2基法拉第CDI电极的设计及开发提供了新思路。
示意图1. 三维异质结构的FeOOH/Pd/MoS2电极合成示意图。
图1. 所制备样品的a)
XRD 图; b) 红外吸收光谱图; c) 拉曼光谱图; d, e) FeOOH/Pd/MoS2的扫描电镜图; f, g) Pd/MoS2的透射电子显微镜图; h, i) FeOOH/Pd/MoS2的透射电子显微镜图; j) FeOOH/Pd/MoS2的能谱图。
图2. 所制备样品的XPS谱图。
图3. 电极的a) 循环伏安曲线；b) 扫描速率vs.比电容图；c) FeOOH/Pd/MoS2的电容控制贡献图；d) FeOOH/Pd/MoS2不同扫速下的电容控制贡献图；e)电化学阻抗谱图; f) Z’ vs. ω-1/2曲线；g)充放电曲线；h) 10000次FeOOH/Pd/MoS2的充放电循环图。
图4. a) 非对称的CDI器件示意图；b)氯化钠体系下动态电导率/脱盐容量vs.时间图；c)平均脱盐速率图 vs. 时间图；d) Ragone
plot曲线；e)复合电极在不同电压下的动态电导率/脱盐容量vs.时间图；f)复合电极在不同体系浓度动态电导率/脱盐容量vs.时间图；g)复合电极在不同体系浓度下Ragone plot曲线；h) FeOOH/Pd/MoS2的CDI循环曲线；i) FeOOH/Pd/MoS2在不同浓度模拟重金属离子混合混合溶液中的移除效率图。
作者简介
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叶美丹 教授，现任职于厦门大学物理科学与技术学院。主要从事无机微/纳米结构材料、柔性能源设备（如钙钛矿敏化太阳能电池、电化学储能设备、摩擦纳米发电机）、光催化和可穿戴生物传感器的研究。在Advanced Functional Materials，Nano Energy, Nano Today等重要期刊上发表SCI论文70余篇，H指数30，参与撰写书籍2本，发明专利6项，主持国家自然科学基金，国家自然科学基金等项目。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141508
相关进展
厦大叶美丹、内大温晓茹/苏毅国《Chem. Eng. J.》：三维自支撑氮掺杂碳包覆氮化钛的赝电容/电吸附协同重金属离子去除研究
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