Marrying Fe nanoclusters with 3D carbon nanofiber aerogels: Triggering fast and robust faradic capacitive deionization

电容去离子 纳米团簇 材料科学 纳米技术 纳米纤维 碳纤维 碳纳米纤维 电容感应 化学工程 复合材料 化学 电化学 碳纳米管 电极 工程类 物理化学 复合数 电气工程
作者
Qianhui Ma,Ziping Wang,Lingyu Zhang,Bo Xiao,Lu Zhang,Chenyi Xiao,Wenyu Zhang,Jianhui Xia,Yong Liu,Xun Yuan
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:: 128503-128503 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.128503
摘要

Faradic-capacitive deionization (FDI) has emerged promising research branch of capacitive deionization (CDI) to address the crisis in freshwater supply due to its high desalination capacity and unique ion storage mechanism over traditional CDI. However, the ion-storage mechanism of FDI imposes notable limitations on its desalination kinetics, while issues such as volumetric expansion (as well as the damage caused to the composite material's structure) contribute to poor cycling stability. Herein, we developed a rational material design of Fe nanocluster-impregnated CNFAs (Fe NCs@CNFAs) and further used it as chloride-capturing electrode for FDI. This unique nanostructure not only provides fast surface-driven pseudo capacitance but also establishes a flexible scaffold that effectively protects the Fe NCs from severe morphology changes. As a result, our Fe NCs@CNFAs-based FDI exhibited both ultrahigh desalination capacity (120.38 mg g−1) and fast desalination rate (0.42 mg g−1 s−1), with robust cycling stability (showing only a 15.25 % decrease in desalination capacity after 100 cycles). This study underscores the significance of the problem-driven approach by leveraging soft scaffold-protected ultrasmall nanocluster to induce fast and durable desalination performance.
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