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2021-09-01
颗粒在线讯：近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所环境与能源纳米材料中心团队基于电容去离子技术发展了锰基铁氧体（MnFe2O4）选择性吸附电极，依托其独特的晶体结构及特有的赝电容效应，该电极展现出高效的选择性电吸附硬度离子能力。
研究通过简便的一步溶剂热方法和自组装生长机制，制备出具有层级结构的MnFe2O4（MFO）纳米球，并用MFO（赝电容阴极）和活性炭（双电层阳极）组装混合赝电容去离子装置（PHCDI）。MFO电极在氯化钠、氯化钙、氯化镁三种不同电解质中的三电极电化学测试表明，在硬度离子电解液中具有出色的电化学性能，并具有独特的赝电容效应。CDI实验表明，MFO电极的最大电吸附容量为534.6μmol/g（氯化钙）和980.36μmol/g（氯化镁），远超过以往其他工作报道；结合非原位XPS测试发现，镁离子的嵌入和脱嵌过程与金属-氧键的可逆强度变化相对应，展现出电极反应的高度可逆。基于嵌入-氧化还原机理发现，MFO电极表现出在钠、钙、镁多元阳离子混合溶液中对硬度离子的优异电亲和性。此外，研究首次在赝电容电极中观察到离子交换，并在钠-钙-镁摩尔比为20:1:1的三元溶液中实现了34.76的超高硬度选择性系数。一元或多元模拟电解液的电化学响应，揭示基于阳离子嵌入/脱嵌-氧化还原机理的独特赝电容效应，这是固有的选择性去除硬度离子的根源。
该研究对氧化还原反应和高效离子选择性的内在机理进行了深入研究，为开发具有高选择性水软化作用的新型法拉第材料提供了新参考。
相关成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。研究得到科技部、国家自然科学基金委的资助。
PHCDI装置中MFO电极选择性离子电吸附的示意图
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