Constructing ion-transport blockchain by polypyrrole to link CoTi-ZIF-9 derived carbon materials for high-performance seawater desalination

聚吡咯 块链 材料科学 海水 碳纤维 化学工程 离子 海水淡化 聚合物 计算机科学 化学 复合材料 海洋学 地质学 计算机安全 有机化学 生物化学 复合数 工程类 聚合
作者
Shuai Cao,Yibo Lu,Yijian Tang,Yangyang Sun,Huijie Zhou,Guangxun Zhang,Xinyi Lin,Huan Pang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:654: 466-475 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.10.065
摘要

The instability and poor electronic conductivity of carbon materials derived from bimetallic zeolite imidazolate frameworks (ZIFs) pose significant challenges for utilizing these carbon materials as direct electrodes for achieving rapid electron transfer and high-performance capacitive deionization (CDI). However, modifying ZIFs through conductive polymers is a wise tool to enhance the target characteristics of ZIFs. Herein, a strategy is proposed to use polypyrrole (PPy) to interlink the carbon units derived from CoTi-ZIF-9 to construct a blockchain network system with high capacity and fast electrochemical kinetics for high performance CDI. In this system, PPy serves as a branched link connecting each carbon unit, so that the ions in the electrolyte can achieve low barrier and fast transmission in the three-dimensional network structure between the unit structures. As expected, with the improved charge transfer efficiency between electrode materials and electrolyte, the CDI cell exhibits excellent desalination capacity (77.3 mg g-1). In addition, density functional theory calculations also indicate that the introduction of PPy results in a higher electron density near the fermi surface of carbon material, which is conducive to electron transport and reaction kinetics. This work may provide important concepts for the design of CDI electrodes with high-conductivity and high-performance.

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