Enhanced Uranium Extraction via Charge Dynamics and Interfacial Polarization in MoS2/GO Heterojunction Electrodes

铀酰 材料科学 异质结 电极 光电子学 离子 极化(电化学) 萃取(化学) 电荷(物理) 纳米技术 化学物理 化学 物理化学 量子力学 物理 有机化学 冶金 色谱法
作者
Yuhui Liu,Yuhui Liu,Jiayin Zhao,Tao Bo,Rongteng Tian,Yingcai Wang,Sheng Hua Deng,Hao Jiang,Yunhai Liu,Yunhai Liu,Grzegorz Lisak,Mengyu Chang,Xiaoyan Li,Shuang Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (37): e2401374-e2401374 被引量:24
标识
DOI:10.1002/smll.202401374
摘要

The removal of uranyl ions (UO2 2+) from water is challenging due to their chemical stability, low concentrations, complex water matrix, and technical limitations in extraction and separation. Herein, a novel molybdenum disulfide/graphene oxide heterojunction (MoS2/GO-H) is developed, serving as an effective electrode for capacitive deionization (CDI). By combining the inherent advantages of electroadsorption and electrocatalysis, an innovative electroadsorption-electrocatalysis system (EES) strategy is introduced. This system utilizes interface polarization at the MoS2 and GO interface, creating an additional electric field that significantly influences carrier behavior. The MoS2/GO-H electrode, with its extraordinary adsorption capacity of 805.57 mg g-1 under optimal conditions, effectively treated uranium-laden wastewater from a mine, achieving over 90% removal efficiency despite the presence of numerous competing ions at concentrations significantly higher than UO2 2+. Employing density functional theory (DFT) and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations, it is found that the MoS2/GO-H total charge density at the Fermi level, enhanced by interfacial polarization, surpasses that of separate MoS2 and GO, markedly boosting conductivity and electrocatalytic effectiveness.
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