壳聚糖交联MXene电极增强电容去离子技术用于高效海水淡化

本文创新性地采用一步交联真空冷冻干燥法制备MXene/壳聚糖复合电极，通过调控MXene与壳聚糖质量比（5:1）实现45.5 mg g–1的高脱盐容量和10.57 mg g–1 min–1的快速脱盐速率。该技术通过壳聚糖多孔结构抑制MXene纳米片自堆叠，扩大层间距（0.268 nm），显著提升离子传输效率，且无需金属离子掺杂，兼具环境可持续性与优异循环稳定性（CDI技术应用潜力显著）。

　　

Highlight

本研究通过静电自组装成功合成具有宽层间距和卓越电化学性能的MXene/壳聚糖电极。该方法显著提升MXene的层间距（达0.268 nm）和比表面积，促进离子传输并增加吸附位点。MXene/壳聚糖电极展现出优异的电容性能和循环稳定性，在5:1质量比下实现45.5 mg g^–1的脱盐容量和10.57 mg g^–1 min^–1的脱盐速率，远超现有MXene基电极。

材料表征

Ti₃C₂T_x-MXene特性：蚀刻后的MXene纳米片（图S1a）呈单层半透明褶皱薄片，0.268 nm的晶格条纹间距（图S1b）为离子嵌入提供理想通道。原子力显微镜（AFM）显示其厚度（图S2）符合单层特征，X射线衍射（XRD）证实交联后层间距扩大。

结论

MXene/壳聚糖电极通过壳聚糖的活性基团（-NH₂/-OH）与MXene的静电相互作用形成稳定结构，真空冷冻干燥技术有效抑制纳米片堆叠。该设计突破传统碳基电极的物理吸附限制，利用伪电容机制（Faradaic process）实现高效脱盐，为可持续水处理技术提供新思路。