NCQDs修饰FeOOH基复合材料的制备及其电容脱盐性能

doi:10.1016/j.actphy.2025.100072

物理化学学报 >> 2025, Vol. 41 >> Issue (7): 100072.doi: 10.1016/j.actphy.2025.100072

所属专题：电化学分离与资源化

NCQDs修饰FeOOH基复合材料的制备及其电容脱盐性能

薛夷菡†, 韩雪†, 张洁, 温晓茹*()

内蒙古大学化学化工学院, 内蒙古呼和浩特 010020

收稿日期:2024-12-12 修回日期:2025-01-26 录用日期:2025-02-24 发布日期:2025-05-22
通讯作者: Email: xiaoru-wen@imu.edu.cn; Tel.: +86-471-4994409 (温晓茹)
作者简介:
^†These authors contributed equally to this work
基金资助:
内蒙古自治区自然科学基金(2023MS02010); 内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划(NJYT23032)

Efficient capacitive desalination over NCQDs decorated FeOOH composite

Yihan Xue, Xue Han, Jie Zhang, Xiaoru Wen*()

College of Chemistry and Chemical Engineering, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Received:2024-12-12 Revised:2025-01-26 Accepted:2025-02-24 Published:2025-05-22
Contact: Email: xiaoru-wen@imu.edu.cn; Tel.: +86-471-4994409 (Xiaoru Wen)
Supported by:
the Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region of China(2023MS02010); the Program for Young Talents of Science and Technology in Universities of Inner Mongolia Autonomous Region(NJYT23032)

1. ACTPHY-2025.100072-SI-6p.pdf(1630KB)

摘要/Abstract

摘要：

电容去离子(Capacitive deionization，CDI)是一种新型的海水淡化技术，而电极材料是影响脱盐性能的关键因素。采用简单易行的水热法制备了氮掺杂碳量子点修饰的羟基氧化铁(NCQDs/FeOOH)电极材料，并将其作为CDI器件阴极，探究了脱盐特性。微结构测试表明复合材料具有均匀纳米颗粒网络结构、分级孔分布及丰富孔隙率。电化学测试表明复合电极具有突出的电容性能及导电性能。当工作电压为1.4 V，NaCl溶液初始浓度为2000 mg∙L⁻¹时，NCQDs/FeOOH电极的GAC_NaCl高达56.52 mg∙g⁻¹，且具有突出的循环稳定性。此外，CV (cyclic voltammetry)及非原位XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)测试表明以赝电容反应为主的盐离子吸附机制。

关键词: 碳量子点, 羟基氧化铁, 复合材料, CDI脱盐, 稳定性

Abstract:

Capacitive deionization (CDI) is emerging as a novel technology for seawater purification, with the electrode material playing a crucial role in desalination performance. In this study, we designed a nitrogen-doped carbon quantum dots decorated iron oxide hydroxide (NCQDs/FeOOH) composite by a facile hydrothermal strategy and investigated as the CDI cathode for desalination application. Microstructural analyses reveal that the composite features a relatively uniform nanoparticle-assembled network, hierarchical pore alignment, and abundant porosity. Electrochemical tests confirm its outstanding capacitance property and conductivity. In an initial NaCl aqueous solution of 2000 mg∙L⁻¹ at an applied potential of 1.4 V, the GAC_NaCl of NCQDs/FeOOH hybrid electrode reaches 56.52 mg∙g⁻¹, along with remarkable cycling durability. Furthermore, the CV (cyclic voltammetry) and ex situ XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) characterizations indicate the predominantly pseudocapacitive desalination mechanism.

Key words: Carbon quantum dots, FeOOH, Composite material, CDI desalination, Durability

薛夷菡, 韩雪, 张洁, 温晓茹. NCQDs修饰FeOOH基复合材料的制备及其电容脱盐性能[J]. 物理化学学报, 2025, 41(7), 100072. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100072

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链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.1016/j.actphy.2025.100072

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2025/V41/I7/100072

图/表 5

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NCQDs修饰FeOOH基复合材料的制备及其电容脱盐性能

Efficient capacitive desalination over NCQDs decorated FeOOH composite

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