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突破性进展!新型3D多孔碳银复合材料显著提升海水淡化效率

突破性进展!新型3D多孔碳银复合材料显著提升海水淡化效率

淡水资源短缺与电化学脱盐技术挑戗/strong>

随着全球淡水资源危机加剧,高效低能耗的海水淡化技术成为研究热点。电容去离子(CDI)技术因其低能耗、易再生等优势备受关注,但其核心电极材料的发展长期受限于氯离子存储效率低和循环稳定性差的问题。传统银(Ag)电极虽具备高理论容量(329 mg g⁻¹),但在电化学循环中因体积膨胀(约225%)导致颗粒破碎失效,严重制约其应用、/span>
image.png
DOI:

MOF辅助热解-电置换法

中南大学魏盾团队在《Journal of Energy Chemistry》发表最新成果,提出一秌/span>金属有机框架(MOF)辅助热解结合电置换反应的新方法,成功制备出超细银纳米颗粒锚定的3D有序多孔碳复合材料(3D Ag@NC(/span>,为高性能电极材料设计提供了全新思路、/span>

制备流程亮点

3D模板构建:以聚苯乙烯微球为模板,诱导ZIF-67结晶形成三维有序多孔结构、/span>

碳化与金属锚宙/span>:高温碳化获得钴嵌入多孔碳骨架(3D Co@NC),利用钴与银离子的电位差,通过自发电置换反应(Co + 2Ag Co² + 2Ag)实现银颗粒的原位生成、/span>

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3. 结构优势9/span>
    • 超细银颗粑/span>

      (~5.03 nm)均匀分散,缓解体积膨胀应力、/span>
    • 3D互连孔道

      促进电子传输与电解质渗透、/span>
    • Co@Ag核壳异质绒/span>

      诱导界面电荷聚集,增强离子吸附、/span>
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高效脱氯与超强稳定?/strong>

通过系统测试?D Ag@NC展现出卓越的电化学性能9/span>

脱氯容量:在1.4 V电压下达105.29 mg g⁻¹,显著优于传统Ag@NC?1.33 mg g⁻¹)和活性炭?7.15 mg g⁻¹)(图b)、/span>

电荷效率:高?.95,接近理论极限(图d)、/span>

循环稳定?/span>?00次循环后容量保持?4.12%,远超商用银电极?1.22%)(图i)、/span>

高浓度适应?/span>:在2000 mg L⁻ NaCl中仍保持114.91 mg g⁻¹脱氯能力(图g)、/span>

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结构-性能协同效应

  1. 有限元模拟:3D有序孔道加速离子扩散,电解质渗透效率提?倍(?c-d)、/span>

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2. XPS与XRD分析9/span>
充放电过程中Ag/AgCl可逆相变证实氯离子存储机制(图6a, 7a)、/span>
3. DFT计算9/span>
Co@Ag界面形成内建电场,d带中心上移(-1.16 eV vs. Ag/C?2.37 eV),显著增强Cl⁻吸附活性(?d-f)、/span>

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结语

该研究通过电位差驱动自发电置换策略,解决了高温还原导致的银颗粒团聚难题,为小尺寸、高分散金属电极的制备提供了普适性方案。未来可拓展至其他金属(如Cu、Ni)复合材料开发,推动CDI技术在工业废水处理、海水淡化等领域的规模化应用、/span>

作为先进粉体材料的创新驱动型企业,研倍新材料专注于各秌/span>纳米合金粉、高性能陶瓷粉及多组元高熵合金粉的研发与生产,致力于为航空航天、新能源、电子器件、增材制造等前沿领域提供定制化材料解决方案。依托自主研发的等离子旋转电极雾化(PREP)、气雾化分级控制等核心技术,我们实现纳米级粒径精准调控(50-500nm),确保粉体具备超高球形度、低氧含量与窄粒度分布特性,完美适配激光选区熔化(SLM)、电子束熔融(EBM)等精密成型工艺需求。诚邀各行业伙伴共拓高端制造新蓝海、/span>


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