Controllable Preparation of a N-Doped Hierarchical Porous Carbon Framework Derived from ZIF-8 for Highly Efficient Capacitive Deionization

电容去离子 材料科学 微型多孔材料 化学工程 吸附 咪唑酯 碳纤维 沸石咪唑盐骨架 金属有机骨架 比表面积 电容 电化学 多孔性 纳米技术 电极 复合材料 有机化学 催化作用 化学 物理化学 复合数 工程类
作者
Longyu Zhang,Rui Wang,Wencui Chai,Mengyao Ma,Linke Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (41): 48800-48809 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10043
摘要

Capacitive deionization (CDI) is a promising desalination technology, and metal-organic framework (MOF)-derived carbon as an electrode material has received more and more attention due to its designable structure. However, MOF-derived carbon materials with single-pore structures have been difficult to meet the technical needs of related fields. In this work, the ordered hierarchical porous carbon framework (OMCF) was prepared by the template method using zeolitic imidazolate frameworks-8 (ZIF-8) as a precursor. The pore structures, surface properties, electrochemical properties, and CDI performances of the OMCF were investigated and compared with the microporous carbon framework (MCF), also derived from ZIF-8. The results show that the hierarchical porous carbon OMCF possessed a higher specific surface area, better hydrophilic surface (with a contact angle of 13.45°), and higher specific capacitance and ion diffusion rate than those of the MCF, which made the OMCF exhibit excellent CDI performances. The adsorption capacity and salt adsorption rate of the OMCF in a 500 mg·L-1 NaCl solution at 1.2 V and a 20 mL·min-1 flow rate were 12.17 mg·g-1 and 3.34 mg·g-1·min-1, respectively, higher than those of the MCF. The deionization processes of the OMCF and MCF closely follow the pseudo-first-order kinetics, indicating the double-layer capacitance control. This work serves as a valuable reference for the CDI application of N-doped hierarchical porous carbon derived from MOFs.
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