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发布时间：2025-02-06

近日，在国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省中央引导地方科技发展资金等项目支持下，以福建省水污染阻控与系统智能技术工程研究中心骨干成员、省引进生、生物与化学研究院何畅副教授为第一作者，硕士研究生张俊为第二作者，联合希腊帕特雷大学副校长Dionysios Mantzavinos教授、化学工程系主任Alexandros Katsaounis教授等，在电容去离子技术高效稳定废水脱盐研究方面取得重要进展，相关成果发表于国际顶级专业学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》，这是学校首次以第一完成单位在该期刊上发表学术成果。

论文标题为“Elaborate Designed Three‐Dimensional Hierarchical Conductive MOF/LDH/CF Nanoarchitectures for Superior Capacitive Deionization”, (DOI: 10.1002/anie.202420295)。在资源紧缺的21世纪，对污水中资源性物质进行破坏性去除的传统水处理技术，难以满足可持续发展的需求，污水资源化处理的需求为电容去离子(Capacitive deionization，CDI)等水处理新技术的发展创造了机遇。CDI作为一种新兴的废水脱盐、海水淡化技术，相较于传统的反渗透和电渗析技术，拥有得天独厚的优势，如高效的能源利用效率、相对较低的造价成本及对环境十分友好等，近年来受到研究人员的广泛关注，并被视为未来实现碳达峰和碳中和目标的新型海水淡化候选技术之一。然而，以双电层吸附机制为主导的传统碳基材料存在脱盐容量低、稳定性差等问题，阻碍了CDI技术在实际应用中的进一步发展。因此，开发兼顾高脱盐容量和快脱盐速率的新型电极材料是改良CDI脱盐技术的关键。

        该研究开发了一种原位转化的自组装策略，将共轭导电金属有机骨架(c-MOFs)与多组分层状双金属氢氧化物(LDHs)在碳纤维(CF)基底上集成，制备了一种具有异质结构的复合电极材料。其中，碳纤维的引入不仅确保了快速离子转移的优异导电性，而且还作为NiCoCu-LDH纳米片均匀分散的坚固衬底，避免了自堆积。此外，有序的NiCoCu-LDH进一步作为内部模板，通过嵌入c-MOFs并匹配两种晶格系统来设计界面，从而使c-MOF/LDH异质结构沿着LDH纳米片阵列在CF上接枝生长，从而加速了吸附过程中的离子扩散动力学。密度泛函理论（DFT）计算证实了M-CAT/LDH/CF的夹层结构，有效地促进了NiCoCu-LDH向M-CAT的界面电荷转移，提高了离子传递速率并降低了离子迁移能量，从而改善了离子扩散动力学并实现了更平滑的Cl^-穿梭。该工作是世界上首例通过原位重构LDH而将c-MOFs引入CDI电极材料的报道，为基于三维互联网络的异质结构电极材料设计提供了重要的新见解，将有力地推动CDI技术在水处理领域的发展。

图1 多金属M-CAT/LDH/CF三维分层异质纳米电极的制备工艺示意图

        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202420295