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環(huán)科院/北化工ACS Nano：界面電荷調(diào)制MoS2/Ti3C2Tx穿透電極在高效淡水生產(chǎn)中的應用

淡水生產(chǎn)對于解決全球水資源短缺至關重要。以往的研究表明，MoS^2-或Ti₃C₂T_x 基材料具有較強的電容去離子化脫鹽能力和良好的光催化降解性能。然而，但由于電容去離子化脫鹽和光催化降解過程的相互干擾，導致淡水生產(chǎn)能力較弱，對給水水質(zhì)要求嚴格，目前鮮有研究報道電容去離子化脫鹽和光催化降解同時進行。

為了提高淡水生產(chǎn)能力，保證淡水生產(chǎn)質(zhì)量，中國環(huán)境科學研究院席北斗和北京化工大學崔駿（共同通訊）等人為了使CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x的脫鹽能力和降解效率最大化，在膜電容去離子化裝置中引入了光催化元件。

MoS₂/Ti₃C₂T_x具有良好的脫鹽性能。與Ti₃C₂T_x相比，MoS₂/Ti₃C₂T_x的平均層間距增加了2倍以上。值得注意的是，大的Ti₃C₂T_x納米片演變成小的Ti₃C₂T_x納米片，具有小的裂紋和卷曲的邊緣，有助于提高離子存儲容量。此外，MoS₂/Ti₃C₂T_x具有較高的載流子擴散系數(shù)，增強了其電化學性能。因此，MoS₂/Ti₃C₂T_x的脫鹽能力、電荷效率和能量損耗分別是Ti₃C₂T_x的1.84、1.26和0.34倍，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

與MoS₂或Ti₃C₂T_x相關材料相比，MoS₂/Ti₃C₂T_x (62.95 mg/g)在弱電場（0.6 V）驅(qū)動下表現(xiàn)出相對較高的脫鹽能力。與MoS₂/Ti₃C₂T_x相比，CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x的脫鹽能力進一步增加至83.05 ~ 103.12 mg/g (0.6 ~ 1.2 V)，這是因為MoS₂/Ti₃C₂T_x在纖維表面分散良好，降低了MoS₂/Ti₃C₂T_x聚集的影響。同時，CF襯底的離子吸附能力增強了脫鹽能力。

此外，CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x在多級膜電容去離子化中表現(xiàn)出比其他設備更高的脫鹽能力，顯示了多級膜電容去離子化的優(yōu)勢。最后，以實際滲濾液為給水，對 CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x基多級膜電容去離子化裝置的實際應用可行性進行了評價。

MoS₂/Ti₃C₂T_x的層狀結構使其具有較高的脫鹽能力，優(yōu)異的降解性能是由于形成了兩個光電催化活性中心，生成單態(tài)氧（¹O₂）和羥基自由基（?OH）。插層Cl^–（脫鹽）作為電子轉移橋優(yōu)化了MoS₂/Ti₃C₂T_x的電荷分布，增強了光電催化活性（降解）。Ti₃C₂T_x末端O原子上缺電子（脫鹽）和富電子（再生）區(qū)域的形成分別加速了?OH和¹O₂的產(chǎn)生。

這項工作的主要貢獻之一是在同時進行高效脫鹽和強烈降解過程方面實現(xiàn)相互促進的效果，而不是競爭。減弱了電容去離子化脫鹽與光催化降解過程的相互干擾，拓寬了電容去離子化技術的應用范圍。從遠景來看，脫鹽和降解的相互促進過程實現(xiàn)了高效生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)淡水。

Interfacial Charge-Modulated Multifunctional MoS₂/Ti₃C₂T_x Penetrating Electrode for High-Efficiency Freshwater Production, ACS Nano, 2022, DOI：10.1021/acsnano.2c07810.

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07810.

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