我校教师在电吸附重金属离子领域取得新进展

近日，我校材料科学与工程学院“聚合物基纳米组装体结构创制及应用”团队黄新华副教授在电容去离子研究领域取得进展，研究成果相继在Desalination (IF =9.9)和Chemical Engineering Journal (IF =15.1)国际TOP期刊连续报道。

杂原子掺杂是提高碳材料CDI性能的有效途径。在这种背景下，黄新华副教授课题组开发了N，P共掺杂多孔碳（PNC）材料，专门用于CDI应用。研究结果表明，N、P的活化不仅微调了碳材料的电子结构，而且还通过N, C/P=O配位效应增强了吸附位点，从而改善了CDI对重金属离子的选择性去除性能。优化后的PNC-2电极在1.2V工作电压下，500 mg/L的CuCl₂溶液中的电吸附容量为159.0 mg/g，且具有良好的循环稳定性。本研究不仅提供了一种通过配位效应对Cu²⁺进行有效吸附的策略，而且为其应用奠定了理论框架。相关研究成果以“N, P-doping tuning the coordination structure of carbon electrode forefficiency of copper ions capacitance deionization”为题发表在Desalination(2024,571,117062)上。

本研究通过原位热解法成功在碳基质中原位形成FeP纳米颗粒（FeP@NC-x），优化后的FeP@NC-2电极在电压为1.8 V，浓度为500 mg/L的CuCl₂溶液中对Cu²⁺的吸附比容量高达332.7 mg/g，这主要归功于纳米FeP的分散和碳骨架中大量的P空位。这种结构扩大了电极的导电性，提供了更多的吸附活性部位，缩短了Cu²⁺的扩散路径长度，并缓解了操作过程中的体积变化。通过密度泛函理论(DFT)计算进一步阐明了吸附选择性，并对Cu²⁺的吸附-脱附机理进行了深入研究。这一战略方法为有效改善过渡金属磷化物的CDI性能铺平了道路，并为先进的水净化技术开辟了新的途径。相关研究成果以“Vacancy engineering of FeP dispersed N, P-doped porous carbon forhigh-performance capacitive deionization”为题，发表在Chemical Engineering Journal (2024,484,149666)上。

黄新华副教授为上述论文的通讯作者，硕士生王芷柔、童余祖笛、秦冬寅和本科生王彤为课题的完成做出了重要贡献。

此研究成果得到了国家自然科学基金面上项目，安徽省自然科学基金面上项目，以及留学人员创新项目择优资助计划项目等基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117062

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149666