Wrinkled hierarchical porous carbon spheres with interconnected multi-cavity for ultrahigh capacitive deionization

电容去离子 材料科学 球体 碳纤维 多孔性 纳米技术 电容感应 多孔介质 化学工程 复合材料 电化学 化学 电极 航空航天工程 工程类 电气工程 物理化学 复合数
作者
Xinyi Gong,Qingtao Ma,Luxiang Wang,Dianzeng Jia,Nannan Guo,Xin Du,Xuemei Wang
出处
期刊:npj clean water [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41545-024-00372-z
摘要

As one of the most promising electrode materials for capacitive deionization (CDI), the development of carbon materials with controllable pore structure and continuous mass production is essential for their practical application. Herein, a facile ultrasonic spray pyrolysis method was developed to synthesize surface-functionalized wrinkled hierarchical porous carbon spheres (HCS) with unique interconnected multi-cavity structures. The wrinkled and interconnected multi-cavity hierarchical pores of the HCS play a crucial role in providing accessible ion adsorption sites and promoting ion diffusion and storage in the "multi-cavity warehouse". The carboxyl groups on the surface of HCS generate a negative charge that promotes the adsorption of cations. The optimized HCS possesses outstanding desalination capacity (114.25 mg g−1), fast adsorption rate (6.57 mg g−1 min−1), and superior cycling stability (95%). Meanwhile, the HCS exhibited impressive desalination capacities in brackish water. Furthermore, the density functional theory calculation results confirmed that the synergistic effect of carboxyl groups and defects significantly enhanced the Na+ adsorption capacity and facilitated ion diffusion. This study extends the synthesis method of surface-functionalized hierarchical porous carbon, which is expected to facilitate the development of CDI electrode materials.
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