层间距可调的SnS2/碳纳米纤维自支撑电极设计及其高效电容去离子性能研究

针对传统电容去离子(CDI)电极因粘结剂导致孔隙利用率低的问题，研究人员通过静电纺丝-水热法构建了SnS2纳米片修饰的煤基碳纳米纤维(CCNF)自支撑电极。该电极通过扩大SnS2层间距实现Na+快速嵌入，结合SnS2赝电容与CCNF双电层电容协同作用，获得35.31 mg·g?1的超高脱盐容量，为CDI技术发展提供新思路。

　　

随着全球淡水危机加剧，电容去离子(CDI)技术因其能耗低、环境友好等优势成为海水淡化研究热点。然而传统碳基电极存在吸附容量低、动力学缓慢等瓶颈，且制备过程中粘结剂的使用会堵塞材料孔隙。更棘手的是，具有高理论容量的二维材料如SnS₂存在导电性差、体积膨胀严重等问题。如何构建兼具高导电网络和离子快速传输通道的电极，成为突破CDI技术瓶颈的关键。

新疆大学（Xinjiang University）的研究团队创新性地将SnS₂纳米片垂直锚定在煤基碳纳米纤维(CCNF)表面，通过静电纺丝结合水热法成功制备出无粘结剂的自支撑SnS₂/CCNF电极。该研究通过调控SnS₂层间距解决了离子传输动力学问题，同时利用CCNF的三维导电网络缓解了体积膨胀效应，相关成果发表在《Applied Nursing Research》上。

关键技术包括：1）静电纺丝制备CCNF基底；2）水热法原位生长SnS₂纳米片；3）X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料结构；4）在500 mg·L^?1 NaCl溶液、1.2 V工作电压下测试CDI性能。

结构形貌分析
XRD显示SnS₂/CCNF保持六方晶系结构，(001)晶面间距从0.59 nm扩大至0.62 nm，为Na⁺嵌入创造空间。扫描电镜(SEM)证实SnS₂纳米片垂直生长形成三维多孔结构，比表面积达218.6 m²·g^?1。

脱盐性能验证
在模拟海水测试中，SnS₂/CCNF-2电极展现35.31 mg·g^?1的脱盐容量，是纯CCNF的3.2倍。动力学分析表明扩大的层间距使离子扩散系数提升至2.18×10^?10 cm²·s^?1，且经过50次循环后容量保持率达91.7%。

协同机制阐释
电化学测试揭示SnS₂贡献的赝电容占比达76.3%，CCNF则提供稳定的双电层电容(EDLC)。密度泛函理论(DFT)计算证实扩层后的SnS₂对Na⁺吸附能降低至-1.98 eV，显著提升离子捕获能力。

该研究通过精确调控二维材料层间距与三维导电网络的协同作用，突破了传统CDI电极的容量限制。自支撑电极设计避免了粘结剂对孔隙结构的破坏，为开发新一代高效脱盐材料提供了普适性策略。值得注意的是，采用低成本煤基前驱体制备碳纤维，使该技术具备规模化应用潜力，对缓解水资源短缺问题具有重要意义。