马杰/于飞/&Volker等：在Ag/Ti3C2Tx MXene电极中耦合电池型和赝电容电荷存储机制以高容量、快速率除氯脱盐- 大数跨境

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马杰/于飞/&Volker等：在Ag/Ti3C2Tx MXene电极中耦合电池型和赝电容电荷存储机制以高容量、快速率除氯脱盐

科学材料站

2020-09-02

导读：本文采用低溶解度AgCl胶体作为前驱体，利用Ti3C2Tx还原性，原位合成不同载银尺寸的Ti3C2Tx/Ag电容去离子脱氯电极材料。银纳米粒子成功形成，并均匀分布在Ti3C2Tx的层状结构中。

文章信息

在Ag/Ti3C2Tx MXene电极中耦合电池型和赝电容电荷存储机制以高容量、快速率除氯脱盐

First published: August 27, 2020

第一作者：梁明星, 王雷

通讯作者：马杰*、于飞*、Volker Presser*

单位：同济大学，上海海洋大学，萨尔大学

研究背景

随着工农业的迅速发展和世界人口的增加，人类发展进步所需要的淡水日益增加。考虑到地球上海水的丰富程度，对海水脱盐以产生淡水对社会发展至关重要。氯离子占海水总盐度的55%，去除氯离子是降低海水总盐度的一项重要任务。

目前，有效的脱盐技术主要有热蒸发、电渗析、多级闪蒸、反渗透和电化学氧化，然而，它们或多或少存在能量消耗高、污染大和成本高等问题，这限制了它们的大规模应用。因此，开发简便、可行、高效的脱盐技术至关重要。

在这种情况下，电容去离子（CDI）被广泛认为是一种有前景的脱盐技术，特别是对于微咸水。与传统的脱盐技术相比，它具有效率高、易再生和易维护等优势。

文章简介

近日，萨尔大学Volker Presser教授、上海海洋大学于飞副教授、同济大学马杰教授等合作。在国际顶级期刊ADVANCED SCIENCE (影响因子：15.840) 上发表题为“Combining Battery‐Type and Pseudocapacitive Charge Storage in Ag/Ti3C2Tx MXene Electrode for Capturing Chloride Ions with High Capacitance and Fast Ion Transport”的研究工作。

考虑到目前CDI电极存在容量低、速率慢、稳定性差等问题，该工作报道了基于电池型和赝电容电荷存储耦合机制开发制备的Ag/Ti3C2Tx MXene电极。

本文采用低溶解度AgCl胶体作为前驱体，利用Ti3C2Tx还原性，原位合成不同载银尺寸的Ti3C2Tx/Ag电容去离子脱氯电极材料。银纳米粒子成功形成，并均匀分布在Ti3C2Tx的层状结构中。样品具有亲水性，有利于脱盐进程。具有低电荷转移电阻的Ti3C2Tx/Ag样品表现出赝电容性能和电池行为，实现了高容量、快速率的除氯脱盐。

本文要点

要点一：本文通过简易的氧化还原方法合成了Ti3C2TX/Ag电极，然后首次将其用作电化学脱盐中捕获氯离子的阳极。

要点二：所有Ti3C2TX/Ag样品都是亲水的，并且具有低的电荷转移电阻。Ti3C2Tx/Ag-3电极表现出快速率能力(1.5 mg Cl− g−1 min−1 at 50 mA g−1)、高脱盐容量(135 mg Cl− g−1 at 20 mA g−1 in 10×10-3 M NaCl）、良好的循环能力和低能耗(0.42 kWh kg−1 Cl−)。

要点三：提出了一种电池型和赝电容电荷存储耦合除氯机制，其中Ti3C2Tx/Ag-3优异的脱盐性能归因于电池效应(银纳米粒子)和赝电容行为(Ti3C2Tx的层状结构)之间的协同效应，其可用于设计开发具有高脱盐容量和快速率能力的CDI电极。MXene具有双重作用，一是作为插层电极，二是为Ag/AgCl转化反应提供电子传输网络。Ti3C2Tx/Ag电极的制备简单易行，有利于电化学脱盐的实际应用。

文章链接

Combining Battery‐Type and Pseudocapacitive Charge Storage in Ag/Ti3C2Tx MXene Electrode for Capturing Chloride Ions with High Capacitance and Fast Ion Transport

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202000621

通讯作者介绍

马杰，同济大学教授，博士生导师

2009博士毕业于上海交通大学，从事水体环境修复和污染控制环境工程材料的设计、开发和应用研究，承担3项国家自然科学基金及多项省部级课题的实施，以通讯/第一作者在Adv. Sci., Nano Let.,Water. Res. Environ. Sci. Technol. J. Mater. Chem. A, Environ. Sci. Technol. Let.等期刊发表论文100余篇，论文被引4500次，ESI高被引论文/热点论文9篇，H指数36，获中国发明专利授权10项，公开12项, 主编《环境材料概论》，参编Elsevier Publishers，Wiley-Scrivener Publishers等出版社3本外文专著的编写。担任Sci. Rep.、Curr. Environ. Manage.、Gen. Chem.和物理化学学报编委及国家自然科学基金同行评议专家、上海市科学技术奖评审专家等，入选“上海市人才发展基金”、“同济大学中青年科技领军人才”和“同济大学百人计划”等，2016-2019连续四年荣获Publons环境与生态及交叉学科领域“顶级审稿专家”荣誉, 2020年担任中国环境科学学会年会《环境修复材料》分会主席。

https://sese.tongji.edu.cn/54/fc/c3135a21756/page.psp

于飞，河北省唐山人，工学博士，副教授，硕士生导师

2000.9-2004.7毕业于四川大学大学，获学士学位；2004.9-2007.6毕业于中国水利水电科学研究院，获工学硕士学位；2008.9-2013.3毕业于上海交通大学环境科学专业，获工学博士学位；2013.12-2017.10，任职于上海应用技术大学化学与环境工程学院；2017.11-至今，任职于上海海洋大学海洋生态与环境学院环境科学与工程系。主要从事新兴污染物在海洋生态环境中的界面行为以及吸附控制机理研究；土壤及地下水污染修复技术；新型高效碳基复合功能材料开发。

https://sthj.shou.edu.cn/2018/1204/c8813a236078/page.htm

Volker Presser，教授，INM能源材料实验室主席

在Presser 课题组中探索和开发用于能量/水联系的电活性材料和界面。电极材料包括纳米碳，纳米级杂化材料和二维材料（例如过渡金属二卤化物或MXene）。采用多种合成方法，例如化学，热学和物理过程。一些例子是静电纺丝，原子层沉积和溶胶-凝胶法。为了理解结构/属性的关系，我们使用原位和操作方法，例如X射线衍射，拉曼光谱或膨胀法。工作集中在以下关键应用程序上：基于锂或钠离子电池，超级电容器和混合设备的电化学储能；氧化还原电解质和转化型电极材料的电化学储能；通过离子电吸附（电容去离子）和电荷转移材料（法拉第去离子）进行电化学脱盐；使用电池电极材料进行可调节的离子分离。

https://www.uni-saarland.de/en/faculty/nt/professuren/professuren-materialwissenschaft-und-werkstofftechnik-fr-84/professor-dr-volker-presser.html

课题组介绍

https://nano.tongji.edu.cn/

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