Capacitive Deionization of Saline Water by Using MoS2–Graphene Hybrid Electrodes with High Volumetric Adsorption Capacity

电容去离子 吸附 电极 石墨烯 材料科学 电容感应 水处理 电化学 化学工程 化学 纳米技术 环境科学 电气工程 环境工程 工程类 物理化学 有机化学
作者
Jinlong Han,Tingting Yan,Junjie Shen,Liyi Shi,Jianping Zhang,Dengsong Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (21): 12668-12676 被引量:208
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b04274
摘要

Capacitive deionization (CDI) has received wide attention as an emerging water treatment technology because of its low energy consumption, low cost, and high efficiency. However, the conventional carbon electrode materials for CDI have low densities, which occupy large volumes and are disadvantageous for use in limited space (e.g., in household or on offshore platforms). In order to miniaturize the CDI device, it is quite urgent to develop high volumetric adsorption capacity (VAC) electrode materials. To overcome this issue, we rationally designed and originally developed high VAC MoS2-graphene hybrid electrodes for CDI. It is interesting that MoS2-graphene hybrid electrode has a much higher NaCl VAC of 14.3 mg/cm3 with a gravimetric adsorption capacity of 19.4 mg/g. It has been demonstrated that the adsorption capacity is significantly enhanced because of the rapid ion transport of MoS2 and high electrical conductivity of graphene. In situ Raman spectra and high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy tests demonstrated a favorable Faradaic reaction, which was crucial to enhancing the NaCl VAC of the MoS2-graphene hybrid electrode. This work opens a new avenue for miniaturizing future CDI devices.
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