可持续淡水供应对人类生存和发展至关重要，但全球人口增长和工业规模扩大导致了对淡水需求的急剧增加。传统海水淡化技术如蒸馏、反渗透和电渗析存在膜结垢/污染、高运行/资本成本、能耗过高等问题。法拉第电容去离子（FDI）作为电容去离子（CDI）的一个有前景的研究分支，因其高脱盐容量和独特的离子存储机制而备受关注。然而，FDI的离子存储机制限制了其脱盐动力学，且体积膨胀等问题导致其循环稳定性较差。
A、设计的Fe NCs@CNFAs不仅提供了快速的表面驱动的赝电容，还建立了灵活的支架，有效保护了Fe纳米簇免受严重形态变化的影响,同时还促进电子和电荷转移。
B、实现了超高的脱盐能力（120.38 mg g^-1）和快速的脱盐速率（0.42 mg g^-1 s^-1），且具有良好的循环稳定性（100次循环后脱盐能力仅下降15.25%）。
近期，青岛科技大学袁勋教授团队在《Separation and Purification Technology》期刊上发表了题为“Marrying Fe nanoclusters with 3D carbon nanofiber aerogels: Triggering fast and robust faradic capacitive deionization”的研究论文，设计并合成了一种创新材料——Fe纳米簇嵌入的三维碳纳米纤维气凝胶（Fe NCs@CNFAs），以显著提升电容去离子化（CDI）技术中的性能。
制备方法：通过简单的冷冻干燥和固态反应方法，将细菌纤维素（BC）水凝胶与不同浓度的氯化铁溶液反应，再经过冷冻干燥和高温热解，制备出Fe NCs@CNFAs。通过调整FeCl3溶液的浓度，制备了不同尺寸的Fe纳米簇样品（Fe NCs@CNFAs-1, Fe NCs@CNFAs-2, Fe NPs@CNFAs）。
Scheme 1. Schematic illustration for the synthesis of Fe NCs@CNFAs.
形貌与结构：
SEM和TEM图像显示，Fe NCs@CNFAs继承了BC的三维纳米纤维结构，Fe纳米簇均匀分布在纳米纤维中。
晶体结构：
XRD分析表明，Fe NCs@CNFAs-1和Fe NCs@CNFAs-2未出现明显的衍射峰，说明Fe纳米簇尺寸较小。而Fe NPs@CNFAs则表现出明显的Fe衍射峰。
电化学性能：
CV曲线显示，Fe NCs@CNFAs在0.61/0.36 V处出现显著的氧化还原峰，对应于Fe3+的可逆氧化还原反应。
电化学阻抗谱（EIS）分析表明，Fe NCs@CNFAs的电荷转移电阻（Rct）较低，有利于电荷和离子的传输。
脱盐性能：
在对称摇椅式CDI装置中测试了Fe NCs@CNFAs-2的脱盐性能，结果显示，在600 mA/g时可达到120.38 mg/g。
随着电流密度的降低，脱盐能力增加，且在不同电流密度下均表现出良好的脱盐性能。
值得注意的是，如图 4d所示，经过100次脱盐/再生循环后，仅观察到15.25% 的降解，凸显了其卓越的长期稳定性。
本研究通过合理设计Fe纳米簇嵌入的碳纳米纤维气凝胶，成功解决了FDI脱盐速率低和循环稳定性差的问题。该材料不仅具有超高的脱盐能力和快速的脱盐速率，还表现出良好的循环稳定性，为电容去离子技术的发展提供了新的思路。
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128503
声明：
本文仅为了分享交流科研成果，无任何商业用途。如有侵权，联系邮箱或添加小编微信删除。
2024-10-16
2024-10-15
2024-10-14
2024-10-13
关注环材有料视频号，提供会议、讲座等直播服务！
微信加群：
环材有料为广大环境材料开发研究领域的专家学者、研发人员提供信息交流分享平台，我们组建了环境材料热点领域的专业交流群，欢迎广大学者和硕博学生加入。
进群方式：扫下方二维码添加小编为好友，邀请入群。请备注：名字-单位-研究方向。
扫二维码添加小编微信，邀请入群，获得更多资讯
