第一作者：梁明星
通讯作者：马杰，于飞
通讯单位：同济大学，上海海洋大学
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202209741
图文摘要
本文亮点
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采用逆向缺陷工程策略，制备得到高边缘型氮掺杂的类管状碳材料，利用氢键作用调控前驱体来调控吡咯氮/吡啶氮比例； -
得到的高吡咯氮/吡啶氮比例的碳电极（HCl-NC）展现了高容量（100.3 mg g-1）、快速率（1.7 mg g-1 min-1）、低能耗（82.9 kJ molNaCl-1）以及优异长循环稳定性的除盐性能； -
EQCM-D揭示了钠离子去除过程机制，DFT计算表明，HCl-NC电极的优异性能归因于类管状、高吡咯氮/吡啶氮比例以及石墨碳纳米畴所构成的协同作用结构。
研究背景
随着人口的增长和工业的快速发展，人类对淡水的需求逐渐增加。陆地淡水资源紧张，区域分布不平衡，而海水和陆地咸水资源丰富，占全球水资源的约97.47%。因此，海水/微咸水淡化技术是解决水资源短缺的重要途径之一。此外，工业用水占城市总用水量的60~80%，而在各国工业类用水中，工业循环冷却水约占工业用水量的70~80%。工业循环冷却水的主要水质特点是高硬度、高含盐等，会对循环冷却系统设备产生重大危害。电容去离子（Capacitive deionization，CDI）技术具有效率高、易再生和易维护等优势，在脱盐、离子分离等领域受到广泛关注。由于成本低、导电性好、资源丰富且容易获取，碳材料被认为是最具有实际应用前景的CDI电极，因而得到广泛应用。然而，脱盐容量低、速率慢、稳定性差等难题制约了其进一步发展。因此，开发高效碳基电极对推动电容去离子海水淡水、工业循环冷却水除盐具有重要意义。有鉴于此，同济大学马杰教授团队和上海海洋大学于飞副教授团队合作，采用逆向缺陷工程策略，制备得到的高边缘型氮掺杂的类管状碳材料，该电极展现了高容量、快速率、低能耗以及优异循环稳定性的盐离子去除性能，为开发应用实际海水淡化、解决工业循环冷却水高盐难题的CDI碳基电极提供了一个重要的设计思路。
图文导读
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制备与表征
图2 氮缺陷表征
电化学性能
图4 电化学性能测试
除盐性能
图5 脱盐性能与长循环稳定性测试
过程机制和内在机理
图6 EQCM-D测试与DFT计算结果
作者简介
梁明星，同济大学环境科学与工程学院环境工程专业19级博士研究生，导师为马杰教授，研究方向是电容去离子技术在水处理中的应用。本科毕业于北京化工大学环境工程专业，硕士毕业于北京师范大学环境工程专业，现为同济大学环境科学与工程学院在读博士。以第一作者身份在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Nano Research、Journal of Hazardous Materials等期刊发表论文6篇。曾获得过北京市优秀毕业生、北京师范大学优秀毕业生、研究生国家奖学金等荣誉称号。
