Ultrafast, Targeting Fluorion-Capture Electrochemical Nanosystem Assembled with Polymeraldine Salt-Modulated Ti3C2Tx MXene

超短脉冲 电化学 材料科学 纳米技术 盐(化学) 化学 物理化学 物理 光学 电极 激光器
作者
Xinping Fu,Mingxing Liang,Yuting Ning,Nan Feng,Yuting Lu,Fei Zhan,Ying Yuan,Xin Huang,Chunyan Wang,Beidou Xi,Jun Cui
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c06319
摘要

Fluoride-containing groundwater has become a major concern since it serves as a source of drinking water for over half the world's population. Here, we develop an ion-selective polymeraldine salt (PANI-Clx; PANI = polyaniline) modulated Ti3C2Tx MXene electrode as a mediator for electrochemical capture of fluoride ion (F-) from groundwater. The single-stage configuration equipped with PANI-Clx/Ti3C2Tx electrode as anode and activated carbon as cathode exhibits an ultrafast removal rate of 4.7 mg-F- g-1 min-1 toward F- and high selectivity coefficients. Density-functional theory calculations and characterizations reveal that PANI-Clx/Ti3C2Tx can lower the charge-transfer resistance and activation energy, promoting the synergy of high selectivity of nitrogen-related motifs in PANI-Clx and a fast rate of ion intercalation in Ti3C2Tx. A stack-based multi-stage configuration operated at a staircase descent voltage mode is applied to produce freshwater from practical groundwater with low energy consumption (0.92 kWh kg-1-F-). Our findings pave the way for the electrochemical production of potable water from fluorine-containing groundwater.
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