Carbon Nanoarchitectonics with Bi Nanoparticle Encapsulation for Improved Electrochemical Deionization Performance

材料科学 阳极 电化学 电极 纳米颗粒 化学工程 复合数 纳米技术 热解 复合材料 冶金 化学 物理化学 工程类
作者
Haiying Wang,Dun Wei,Yingjie He,Haoyu Deng,Bichao Wu,Lvji Yan,Haiyin Gang,Yiyun Cao,Linfeng Jin,Liyuan Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 13177-13185 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acsami.1c19665
摘要

Electrochemical deionization (EDI) is hopefully the next generation of water treatment technology. Bismuth (Bi) is a promising anode material for EDI, due to its high capacity and selectivity toward Cl-, but the large volume expansion and severe pulverization aggressively attenuated the EDI cycling performance of Bi electrodes. Herein, carbon-layer-encapsulated nano-Bi composites (Bi@C) were prepared by a simple pyrolysis method using a Bi-based metal-organic framework as a precursor. Bi nanoparticles are uniformly coated within the carbon layer, in which the Bi-O-C bond enhances the interaction between Bi and C. Such a structure effectively relieves the stress caused by volume expansion by the encapsulation effect of the carbon layer. Moreover, the introduction of a carbon skeleton provides a conductive network. As a consequence, the Bi@C composite delivered excellent electrochemical performance with a capacity of 537.6 F g-1 at 1 mV s-1. The Cl- removal capacity was up to 133.5 mg g-1 at 20 mA g-1 in 500 mg L-1 NaCl solution. After 100 cycles, the Bi@C electrode still maintains 71.8% of its initial capacity, which is much higher than the 26.3% of the pure Bi electrode. This study provides a promising strategy for improving EDI electrode materials.
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