ZIF-8衍生竹节状碳纳米管封装镍并锚定NiSe2颗粒增强电容去离子技术对Cu2+的深度净化

《Separation and Purification Technology》：ZIF-8-derived bamboo-like carbon nanotubes with nickel encapsulation and NiSe 2 particle anchoring enhanced Cu2+ purification via capacitive deionization

本文报道了一种通过离子交换-气相沉积协同策略制备的ZIF-8衍生多相复合材料（Ni/NiSe2/CNT），该材料通过封装镍颗粒、锚定NiSe2的碳框架和竹节状碳纳米管结构，有效抑制活性物质团聚/体积膨胀，暴露丰富电化学活性位点。以其为阴极组装的混合电容去离子（HCDI）装置在双电层电容（EDLC）与Cu2+电沉积协同作用下，对50 mg L-1的Cu2+溶液在1.0 V电压下获得77.3 mg g?1的高吸附容量，为重金属污染水深度净化提供新策略。

　　

结果与讨论

Ni/NiSe₂/CNT材料通过离子交换与化学气相沉积（硒化）的耦合策略构建（图1a）。当ZIF-8分散在Ni²⁺的甲醇溶液中时，Ni²⁺会与Zn²⁺竞争2-甲基咪唑配体的结合位点，逐渐削弱中心离子Zn²⁺与配体的配位作用，使得Ni²⁺取代框架结构中的Zn²⁺，从而获得Ni²⁺/ZIF-8前驱体。与此同时，碳骨架的整体结构在高温热解过程中得以保留，而金属镍颗粒则作为"催化剂种子"，通过化学气相沉积引导竹节状碳纳米管的生长。最终，通过硒化处理，部分镍被转化为NiSe₂颗粒，这些颗粒被牢固地锚定在碳骨架上。这种精巧的微观/纳米结构设计不仅有效防止了NiSe₂纳米颗粒的团聚，还通过碳纳米管封装金属镍的策略显著提升了材料的导电性，为电荷快速传输搭建了高速公路。

结论

本工作成功通过离子交换结合化学气相沉积的路线，以ZIF-8为前驱体制备了Ni/NiSe₂/CNT复合材料。该材料的微观/纳米结构由多孔碳骨架、竹节状碳纳米管、分散的NiSe₂颗粒以及被封装的金属镍颗粒组成。Ni/NiSe₂/CNT电极表现出优异的电荷存储性能，这主要归功于其微观/纳米结构有效降低了NiSe₂的体积膨胀效应，并提供了丰富的电化学活性位点。