成果简介
电容式去离子（CDI）已成为一种潜在的高能效海水淡化技术，可从盐水中提供淡水，而去离子电极的合理设计仍是一项挑战。阳离子插入材料由于具有合适的阳离子插层空间，在海水淡化和选择性离子分离方面具有巨大潜力；然而，其固有的低导电性和低稳定性阻碍了其在 CDI 中的进一步应用。本文，上海海洋大学Xiaojie Shen、Fei Yu等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Chinese dumpling-like NaTi2(PO4)3/MXene@reduced graphene oxide for capacitive deionization with high capacity and good cycling stability”的论文，研究提出了一种部分原位衍生策略，利用钛基MXenes作为金属前驱体来解决这些问题。制备的NTP-MXene/rGO复合材料形态类似饺子，其中MXene/rGO作为”皮”来保护NTP”馅”并增强其导电性。
这种复合电极材料在恒流模式下的比电流为50mAg-1（截止电压：1.8 V；初始NaCl浓度:10 mM），显示出251.55mg g-1 的出色盐吸附容量（SAC），远高于已报道的材料。此外，M-NTP/rGO 在截止电压为 1 V 时能耗低（0.19kW h kgNaCl-1），循环性能稳定（100 次循环后可保持约 80%的容量），因此适合实际应用，证明部分衍生是合理设计CDI电极的一种有吸引力的策略。
图文导读
图1、(a) M-NTP/rGO 的合成过程示意图。(b) Ti3C2Tx 和 (c) M-NTP/rGO 的 TEM 图像。(d) M-NTP/rGO 的扫描电镜图像。(e) (d) 中所选区域的放大 SEM 图像。(f) M-NTP/rGO 的元素图谱。
图2、NTP 的晶体结构（a）。M-NTP/rGO 的 XRD 图样（b）和傅立叶变换红外光谱（c）。M-NTP/rGO 的拉曼光谱（d）和 TG 曲线（e）。M-NTP/rGO 的氮吸附和解吸等温线及孔径分布 (f)
图3、M-NTP/rGO 的 XPS 光谱（a）以及 P 2p（b）、O 1s（c）和 Ti 2p（d）的 XPS 峰分辨率分析。
图4、不同扫描速率下的奈奎斯特曲线和相关电阻（a）、CV 曲线（b）、容量（c）和容量贡献（d）。
图5、(a) M-NTP/rGO 和 NTP/rGO 在10 mV s-1下的CV曲线；(b) M-NTP/rGO 和 NTP/rGO 的电容与 1 至 200 mV s-1 的扫描速率的函数关系；(c) M-NTP/rGO 和交流电在三电极系统中 10mV s-1 下的CV曲线；(d) M-NTP/rGO//AC 混合超级电容器在10 mV s-1下记录的不同电压窗口的 CV 曲线。
图6、(a) 不同截止电压下 M-NTP/rGO 的 SAC 和 (b) 脱盐率。(c) 不同截止电压范围内的能耗和能量回收率。EC 代表能量消耗（比电流：50 mA g-1；NaCl 浓度：10 mM）。(d) 不同电流密度下的 SAC（截止电压：1.8 V；NaCl 浓度：10 mM）。(e) 不同截止电压下的充电效率。(f) 去离子前后的 XRD 图样。(g) SAC 和 (h) 100 次脱盐过程中的 pH 值变化（比电流：70 mA g-1；截止电压：1.8 V；NaCl 浓度：10 mM）：10 mM）。100 次去离子循环之前（i）和之后（j）的 SEM 图像
图7、与(b)物理混合 MXene/NTP/rGO 复合材料相比，(a)原位部分衍生 M-NTP/rGO 的去离子机制更强。
小结
在溶热过程中，Ti3C2Tx 既是金属前驱体，又是导电剂，通过对 Ti3C2Tx 的部分原位衍生，制备了一种类似饺子的M-NTP/rGO混合电极。具有 MXene 和 rGO 双导电网络的 3D/2D M-NTP/rGO 电极可加速电子和钠离子的传输，从而实现优异的脱盐性能（在截止电压为 1. 8 V，比电流为 50 mA g-1，初始盐浓度为 10 mM），能耗相对较低，为 0.19 至 0.35 kW h kgNaCl-1（截止电压：1.0 至 1.8 V），并且在脱盐过程中具有循环稳定性（100 次循环后容量保持率约为 80%）。M-NTP/rGO出色的脱盐性能证明，部分原位衍生是为电化学去离子应用构建各种二维材料衍生电极的简便方法。
文献：https://doi.org/10.1039/D3TA02715E
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