Optimizing the integration of nickel hexacyanoferrate with hollow mesoporous carbon spheres (HMCSs) for highly efficient capacitive deionization

电容去离子 镍 介孔材料 材料科学 碳纤维 球体 化学工程 纳米技术 冶金 化学 电化学 复合材料 电极 催化作用 工程类 复合数 有机化学 航空航天工程 物理化学
作者
Shu Zhang,Zihan Ye,Mengyu Ma,Pengcheng Yin,Yang Bao,Feihu Li
出处
期刊:Desalination [Elsevier BV]
卷期号:603: 118679-118679 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.desal.2025.118679
摘要

Capacitive deionization (CDI) is a promising water desalination technology known for its energy efficiency and low environmental impact. Charge-transfer materials (e.g., Prussian blue analogues, PBAs) have gained much attention as electrodes for CDI due to their much higher salt adsorption capacities (SACs) beyond conventional carbon-based electrodes, though they face challenges such as conductivity, stability, and ion transfer kinetics. Integrating these charge-transfer materials with carbon offers a promising strategy to enhance CDI performance and address these limitations. Herein, using a stepwise “ship-in-the-boat” approach, we incorporated a typical PBA, i.e., NiHCF, with hollow mesoporous carbon spheres (HMCS) to yield hierarchical composite materials (i.e., PBA@HMCS). This composite combines the protective and conductive roles of carbon materials with the high ion storage capacity of PBAs. The resulting PBA@HMCS electrodes demonstrated exceptional CDI performance, with a maximum salt adsorption capacity of 80.5 mg g −1 in 500 mg L −1 NaCl solution at 1.2 V. Notably, the PBA@HMCS-1 electrode exhibited enhanced cycling stability, while the unwrapped PBA micropellets showed reduced performance. Furthermore, our investigation revealed the high affinity of PBA@HMCS electrodes for Na + over other ions in synthetic brine, and particularly, the yolk-shell PBA@HMCS-3 electrode demonstrated high repulsion to K + , highlighting its potential for selectively extracting specific ions from dicationic brines with K + ions. This study highlights the potential of hierarchical yolk-shell PBA@HMCS as a promising CDI electrode and underscores the need for continued exploration into the hierarchically structural design of composite materials for high-performance CDI platforms.
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