近日，国网江苏电科院/肖鹏&江苏科技大学/施敏杰教授在Energy & Environmental Materials上发表题为“Highly Efficient and Stable Capacitive Deionization Based on a Flower-Like Conjugated Polymer with Double Active-Sites”的研究型论文。
1. PCON聚合物其三维花形态提供了相当大的反应表面积，同时该聚合物具有π共轭骨架，有助于高氧化还原活性和电子离域。
2. PCON聚合物表现出卓越的赝电容行为，实现了高比电容，并表现出良好的循环稳定性。通过非原位XPS等多方面表征技术以及理论计算，对电吸附机理和动力学过程进行了广泛分析。
3. 使用PCON聚合物构建的高性能HCDI系统具有优异的脱盐能力、快速的时间平均去除率和出色的循环稳定性，在50次循环后仍保持97%的性能。
淡水短缺是一个关键的全球问题，尽管地球上的总水量约为13.8亿立方公里，但可供人类消费的淡水仅占其中的0.3%，因此通过海水和微咸水淡化来获取淡水成为学者们一直以来的研究兴趣。近年来，电化学脱盐技术已成为传统水处理工艺颇有前景的替代品，而其中混合电容去离子（HCDI）是一种环保、经济、节能的海水淡化方法。创造具有法拉第特性的创新材料对于提高HCDI系统的电吸附能力至关重要。尽管具有可调分子结构和固有延展性的有机化合物是有前景的法拉第电极，但在水介质中的高溶解度和氧化还原活性位点的有限可用性仍然阻碍了它们在HCDI系统中的实际应用。
本文设计了一种高氧化还原活性的的有机聚合物聚萘醌亚胺（PCON），其具有稳定的长程有序骨架和粗糙的三维花表面形态，以及由C=O和C=N官能团提供的高密度活性位点，能够实现高效的氧化还原反应并实现高Na+捕集能力。合成的PCON聚合物展现出卓越的电吸附特性和显著的结构稳定性，在1 A g-1下的比电容高达500.45 F g-1，并在5000次充放电循环后依旧能保持其原始电容的86.1%。得益于PCON聚合物优越的赝电容性能，我们开发了一种HCDI系统，该系统不仅具有100.8 mg g-1的出色除盐能力和3.36 mg g-1 min-1的显著快速平均去除率，而且在50次循环后仍保持其初始脱盐能力的97%，从而在最先进的脱盐技术领域脱颖而出，其综合性能大大超过了现有的先进脱盐方法。展望未来，双活性位点PCON聚合物的设计范式可以推广到其他有机电极，预示着高性能海水淡化系统设计的新途径。
图1. a）PCON合成示意图；b）固体核磁共振波谱；c）PCON聚合物的傅里叶变换红外光谱（FTIR）；d）SEM和e）EDS图谱；f）N2吸附-解吸和孔径分布曲线。
图2. a）PCON聚合物及其前体的热重分析（TGA）曲线，b）紫外漫反射光谱，以及c）X射线衍射（XRD）光谱；d）PCON聚合物的约化密度梯度（RDG）计算；e）PCON单体和聚合物链示意图。
图3. PCON在1M NaCl中的电化学性能测量。a）CV曲线和b）不同扫描速率（1~30 mV s-1）下的峰值电流；c） 峰值电流的b值变化；d）拟合不同扫描速率下CV中赝电容贡献的曲线；e）不同扫描速率下的伪电容和扩散控制百分比；f）不同电流密度（1~6A g-1）下的GCD曲线；g）不同电流密度下比电容和IR降的变化曲线；h）不同赝电容材料电极在NaCl电解质中比电容的箱线图。
图4. 不同SOC下PCON电极的a）电化学阻抗谱图和b）扩散系数；c）PCON聚合物的HOMO-LUMO能隙；d）在非原位XPS光谱中不同充放电条件下，PCON电极的O1S和e）N1S光谱；f）通过密度泛函理论（DFT）计算确定PCON的活性位点；g）充电和放电过程中的氧化还原反应示意图；h）PCON电极的循环性能。
图5. HCDI系统组装和测试。a）所构建系统的示意图；不同施加电压下的b）电流响应，c）NaCl吸附和再生曲线，d）脱盐能力和能耗；e）Na+的吸附动力学；f）在500 mg L-1 NaCl溶液中的长期循环性能和比能耗；g）与已有报道的HCDI系统的脱盐性能比较。
Zhiyun Zhuang, Lei Sun, Yueheng Tao, Jian Shao, Jinggang Yang, Peng Yu, Huanxu Chen, Jianhua Zhou, Jing Xiao, Kangyong Yin, Minjie Shi*, Peng Xiao* . Highly Efficient and Stable Capacitive Deionization Based on a Flower-Like Conjugated Polymer with Double Active-Sites. Energy Environ. Mater. 2025. DOI: 10.1002/eem2.12852
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12852
扫描右方二维码或点击阅读原文，查看文献！
虚拟专刊 ![]()
点击下方表格文字即可进入对应专刊
传感器专刊 Mxene专刊 光伏专刊 MOF材料专刊 柔性可穿戴设备专刊 碳材料专刊 燃料电池专刊 锌电专刊 锂电专刊 发光材料专刊 锂硫电池专刊 光催化专刊
碳捕捉材料专刊 钾电专刊 钠电专刊 储热材料专刊 电催化专刊 探测器专刊 固态电池专刊 电容器专刊 光伏专刊 热电专刊 proevskite专刊
EEM
点击下方表格文字即可进入对应专刊
| 传感器专刊 | Mxene专刊 | 光伏专刊 |
| MOF材料专刊 | 柔性可穿戴设备专刊 | 碳材料专刊 |
| 燃料电池专刊 | 锌电专刊 | 锂电专刊 |
| 发光材料专刊 | 锂硫电池专刊 | 光催化专刊 |
| 碳捕捉材料专刊 | 钾电专刊 | 钠电专刊 |
| 储热材料专刊 | 电催化专刊 | 探测器专刊 |
| 固态电池专刊 | 电容器专刊 | 光伏专刊 |
| 热电专刊 | proevskite专刊 |
![]()
● JCR Q1区、材料大类TOP期刊
● 高质量科技期刊材料科学综合类T1期刊
● 2023年IF 13.0
● SCIE、Scopus和EI数据库收录
● 中国核心引文库CSCD核心库来源期刊
● 2023中国最具国际影响力学术期刊
● 2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划”二期
Energy & Environmental Materials
(简称EEM，中文名：能源与环境材料)是由郑州大学出版的国内外公开发行的英文期刊，主要报道能源捕获、转换、储存和传输材料以及洁净环境材料领域的高水平研究成果。EEM为材料、化学、物理、医学及工程等多学科及交叉学科的研究者提供交流平台，激发新火花、提出新概念、发展新技术、推进新政策，共同致力于清洁、环境友好的能源材料研发，促进人类社会可持续健康发展。
● JCR Q1区、材料大类TOP期刊
● 高质量科技期刊材料科学综合类T1期刊
● 2023年IF 13.0
● SCIE、Scopus和EI数据库收录
● 中国核心引文库CSCD核心库来源期刊
● 2023中国最具国际影响力学术期刊
● 2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划”二期
Energy & Environmental Materials
(简称EEM，中文名：能源与环境材料)是由郑州大学出版的国内外公开发行的英文期刊，主要报道能源捕获、转换、储存和传输材料以及洁净环境材料领域的高水平研究成果。EEM为材料、化学、物理、医学及工程等多学科及交叉学科的研究者提供交流平台，激发新火花、提出新概念、发展新技术、推进新政策，共同致力于清洁、环境友好的能源材料研发，促进人类社会可持续健康发展。
发展历程
![]()
![]()
发展历程
WILEY
MaterialsViews
Wiley旗下材料科学类期刊官方微信平台
推送材料科研资讯｜访谈材料大咖新秀
分享撰稿投稿经验｜关注最新招聘信息
点击“分享”，给我们一点鼓励吧~
