聚吡咯原位包覆多活性物质碳基三元杂化结构高效去除氯离子的创新研究

本文创新性地设计并合成了具有核壳结构的多活性物质碳基（NiCo-合金/NiCo2O4/NiO@C）/聚吡咯（PPy）复合材料（NC@C-600/PPy），应用于混合电容去离子（HCDI）技术。该材料通过独特的核桃状十二面体褶皱结构提供更大电解液接触面积，显著提升氯离子吸附容量（60.17 mg g?1）和去除速率（8.42 mg g?1 min?1），结合密度泛函理论（DFT）与原位拉曼揭示了氯离子捕获机制，为高效海水淡化提供新策略。

　　

Materials and chemicals

材料和化学品

Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、2-甲基咪唑（2MI）、甲基橙、FeCl₃、吡咯单体（py）、聚偏氟乙烯（PVDF）、乙炔黑和N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）购自中国医药集团。阴离子和阳离子膜由杭州华膜科技有限公司提供。

The preparation of Co-MOF

Co-MOF的制备

将4 mmol Co(NO₃)₂·6H₂O和16 mmol 2-MI分别溶于100 mL甲醇中。将硝酸盐溶液快速倒入2-MI溶液中混合30分钟，室温老化24小时后，通过离心获得紫色沉淀，用甲醇洗涤三次后60℃真空干燥。

Characterization

表征分析

图1a展示了NC@C-600/PPy的详细制备流程。首先，通过传统方法制备的Co-MOF呈现直径590 nm表面光滑的十二面体（图1b）。通过化学沉淀法将Ni-MOF包裹在Co-MOF表面，形成边缘柔和的620 nm十二面体（图1c）。随后在氮气氛围中煅烧形成多活性物质碳基骨架，最后通过原位聚合使PPy紧密包覆在核桃状碳基表面，形成三维导电网络。

Conclusion

研究结论

本研究通过核桃状NC@C-600十二面体与PPy的协同作用实现了高性能电化学脱盐。PPy紧密包覆在碳基表面构建了富含活性位点的核壳结构，使电极具备179.28 F g^?1的比电容和0.785 Ω的导电性。连续导电网络与多重活性中心的结合显著提升了氯离子迁移速率和存储容量，为开发高效海水淡化电极材料提供了新方向。