Go-encapsulated La-doped lithium manganese oxide assemblies to enhance lithium extraction performance in capacitive deionization

电容去离子 锂(药物) 石墨烯 材料科学 吸附 电解质 无机化学 氧化物 化学 化学工程 纳米技术 电化学 冶金 电极 有机化学 医学 物理化学 工程类 内分泌学
作者
Bin Hu,Yiwen Wang,Boshuang Zhang,Xiangju Song,Heqing Jiang,Jie Ma,Jianyun Liu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:348: 127693-127693 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.127693
摘要

The electrochemical lithium extraction technique from brine has emerged as a key strategy in addressing the issue of lithium resource scarcity. Lithium manganese oxide (LMO) stands out as a typical lithium-ion selective material. Nevertheless, its lithium extraction application is restricted by inadequate conductivity and limited cycling stability. In this report, through a simple electrostatic self-assembling method, a 3-dimensional (3D) GO/La-LMO hybrid was fabricated wherein La-doped LMO (La-LMO) was enveloped by graphene oxide (GO) nanosheets. The resultant GO/La-LMO exhibited a significantly improved electrochemical behavior with fast Li+ diffusion rate and high conductivity. The GO/La-LMO hybrid demonstrated outstanding selectivity for the electrochemical intercalation/de-intercalation of Li+. As a Li+-selective cathode in capacitive deionization (CDI) device, the GO/La-LMO electrode achieved a high Li+ adsorption capacity of 1.33 mmol g−1 (10 mM LiCl) and superior selectivity with a separation factor of 126 (Mg2+/Li+ = 30, molar ratio) in Mg2+/Li+ mixed solution. The Li+ extraction percentage reached 80.4 % in the simulated salt-lake brine. Crucially, the GO/La-LMO electrode substantiated prominent structural stability and low Mn dissolution over 100 cycles, attributed to the synergistic effect of La-doping and GO capsulation to mitigate Jahn-Teller distortion. In addition, the selective adsorption–desorption mechanism of Li+ was confirmed. This work introduces a facile approach for the fabrication of robust carbon-based LMO hybrids, demonstrating the potential applications as high-performance lithium-selective materials.
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