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邱介山/汪洋AM:CoAl-LDH-SDS实现电化学去离子

电化学去离子被认为是一种很有前途的水处理技术。基于此,北京化工大学邱介山教授和天津大学汪洋副教授(共同通讯作者)等人报道了由十二烷基硫酸钠(SDS)插层的钴铝(CoAl)层状金属氧化物纳米片,其层间距从0.76增加到1.33 nm,并用作阳极。

测试发现,层状金属氧化物提供了额外的活性氧化反应位点,促进了电吸附速率,在500 mg L−1 NaCl溶液中在1.2 V下获得较高的盐吸附容量(31.78 mg g−1)和平均盐吸附速率(3.75 mg g−1 min−1)。同时,在40次循环后保持率为92.9%,具有优异的长期循环稳定性。

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通过密度泛函理论(DFT)计算,作者研究了CoAl-LDH层间调控在离子扩散过程和离子吸附能力中的作用,并选用优化后的CoAl-LDH和CoAl-LDH-SDS的原子结构模型。通过态密度(DOS)发现,对比CoAl-LDH,CoAl-LDH-SDS在费米能级附近的总DOS更高,电导率更好,这是由于SDS与主体层在界面处有较强的成键作用。

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此外,CoAl-LDH-SDS具有较大的假间隙,反映了体系的共价键更强。值得注意的是,在CoAl-LDH-SDS体系中,SDS和Co原子的局部DOS在相同能量(-0.21 eV)下出现了尖峰,表明这两个原子之间存在杂化。杂化降低了体系的能量,达到了一个相对稳定的成键状态,与实验结果一致。

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Layered Metal Oxide Nanosheets with Enhanced Interlayer Space for Electrochemical Deionization. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202210871.

https://doi.org/10.1002/adma.202210871.



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