Pseudocapacitieve elektroden met hoge capaciteit door valentie-engineering, ontwikkeld voor ontzilting

Credit: Nano Res. (2021). https://doi.org/10.1007/s12274-021-3467-z

Onlangs hebben de onderzoekers van het Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academy of Sciences valentie-engineering gebruikt om drie mangaanoxiden te ontwikkelen als elektroden met verschillende Mn-valenties voor krachtige capacitieve ontzilting.

Omgekeerde osmose en thermische destillatie worden veel gebruikt om zout water met een hoge zoutconcentratie te behandelen, maar ze hebben nadelen, waaronder een hoog energieverbruik en hoge kosten.

Als een alternatieve methode kan capacitieve deïonisatie (CDI) -technologie geladen ionen uit ontzout water verwijderen door middel van elektrosorptie of pseudocapacitieve reactie. Er zijn echter weinig meldingen over mangaanoxiden met een lagere valentie van Mn in vergelijking met het aantal meldingen over MnO₂. Daarom, of er een verschil is in de ontziltingsprestaties in zulke verschillende valentietoestanden van Mn en de interne redenen zijn het onderzoeken waard.

In deze studie bereidden de onderzoekers, vanwege de hoge capaciteitskarakteristiek van de Faradic-elektrode, drie mangaanoxidekoolstofsamenstellingen met verschillende valentie-toestanden van Mn door MnNO te calcineren.₃@C-precursor onder verschillende atmosferen en temperaturen, en combineerde ze met een in de handel verkrijgbare actieve koolstofelektrode om een ​​asymmetrische CDI-eenheid samen te stellen. Alle zoals bereide mangaanoxiden behielden de spilachtige morfologie van de voorloper.

De resultaten toonden aan dat mangaanoxiden met tweewaardig, driewaardig en tweewaardig / driewaardig alle een hoge zoutadsorptiecapaciteit en bijbehorende hoge zoutadsorptiesnelheden vertoonden in 500 mg L-1 NaCl-oplossing, waarmee ze andere geavanceerde koolstofmaterialen overtroffen. Onder hen gaf MnO @ C de beste prestaties op het gebied van elektrosorptie aan en Mn₃O₄@C heeft het ergste.

De resultaten van de berekening van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) toonden aan dat de valentie-toestand van mangaan tijdens de absorptie van Na + een duidelijke discrepantie zou kunnen veroorzaken in de ruimtelijke structuur en het absorptievermogen. Daarom concludeerden de onderzoekers dat in termen van capaciteit en stabiliteit de mangaanoxiden met divalent (MnO @ C) geschikter waren dan driewaardig (Mn₂O₃@C) en tweewaardig / driewaardig (Mn₃O₄@C) mangaanoxiden voor CDI-ontzilting.

De valentie-engineering biedt een nieuwe manier voor het bereiden van hoogwaardige pseudocapacitieve materialen voor capacitieve ontzilting.