共同第一作者：钟秀敏、张笑晨

共同通讯作者：赵靖华、马杰

通讯单位：江西理工大学、同济大学

论文DOI：10.1016/j.seppur.2025.135430

1、内容导读：

电容去离子（CDI）电极材料需同时具备快速离子传输通道与高效电子导电网络以实现高效脱盐性能。江西理工大学李立清团队与同济大学马杰团队提出以原始沼液为碳源兼反应介质，开发出K₂FeO₄辅助一步热解制备高性能碳材料新方法。该方法利用沼液自身水分实现K₂FeO₄水解，并通过其有机组分热解转化，同步完成孔道构建与石墨化过程。所得沼液衍生炭（PE-800）具备高比表面积（312.74 m⟡·g⁻¹），介孔占比达80%，其分级多孔与高度石墨化结构为离子/电子协同传输提供理想通道。该电极在1.2 V电压下盐吸附容量达99.09 mg·g⁻¹。该研究不仅为沼液资源化利用开辟新途径，更为CDI技术工程化应用提供了材料基础与工艺方案。

2、研究背景

淡水资源短缺是当今全球面临的重大挑战之一，开发低能耗、高效率的脱盐技术至关重要。在众多技术中， CDI因能耗低、环境友好等优势而受到广泛关注。CDI的性能在很大程度上取决于电极材料，理想的电极材料应具备高比表面积以提供充足的吸附位点，良好的导电性以实现快速的电子传输，以及合理的孔道结构以促进离子的快速扩散。石墨化多孔碳材料能有效平衡导电性与孔隙结构，是颇具潜力的电极候选材料。然而，其传统制备方法（如先化学活化后高温石墨化的两步法）通常存在工艺繁琐、能耗高或使用有毒化学品等问题，限制了其大规模应用。另一方面，在沼气工程中，大量产生的沼液作为一种典型的生物质废弃物流，其处理与处置已成为行业痛点。因此，开发将沼液转化为高性能功能材料的增值技术，不仅有助于降低环境污染负荷，也为推动CDI技术的实际应用提供了可持续的材料解决方案。

3、图文导读：

随着温度从600°C升至800°C，材料形貌由致密球状结构逐渐演化为三维多孔结构。PE-800样品呈现出典型的分级多孔特征，其相互连接的孔道结构有效促进了离子传输动力学。能谱分析证实酸洗处理后材料中无铁物种残留，确保了碳骨架的纯度。当温度达到900°C时，过度石墨化导致孔结构坍塌，证实了温度调控对维持多孔结构的重要性。

材料表征结果显示PE-800具有理想的结构特征：其发达的分级多孔系统以介孔为主导，为离子传输构建了高效通道；同时材料呈现出高度有序的石墨化骨架，为电子传递提供了快速路径。表面化学分析表明，材料在保持良好导电性的同时，具有适宜的官能团修饰，这种平衡状态既确保了电极的电荷存储能力，又促进了离子吸附过程。结构特征与表面性质的协同作用，使材料在保持良好导电性的同时兼具优异的离子传输性能，为高效电容脱盐应用奠定了坚实基础。

电化学测试结果显示PE-800电极具有理想的电容特性和反应动力学。其CV曲线呈现出良好的双电层行为，在不同扫描速率下均保持稳定的电化学响应。动力学分析表明该电极以表面扩散控制为主。阻抗测试显示其具有较低的电荷转移阻力和离子扩散阻抗，证实了优异的电子和离子传导性能。充放电曲线展现出高度对称的特征，经过多次循环后仍保持稳定的电容性能，体现了良好的结构稳定性和循环耐久性。

脱盐性能测试表明，PE-800电极在1.2 V工作电压下实现了99.09 mg g⁻¹的盐吸附容量。其在多种电压条件下均保持较高的脱盐效率，且随着电压提升，脱盐容量呈现稳定增长趋势。该电极在不同初始盐浓度条件下均表现出良好的适应性，经过多次循环后仍保持稳定的脱盐性能，容量保持率良好。同时，该电极在整个脱盐过程中表现出较低的能量消耗，体现了其在实际应用中的能效优势。这些性能特征与其独特的孔道结构和表面性质密切相关。

5、总结与展望：

本研究成功开发了基于沼液的一步法合成策略，制备出兼具高石墨化度和分级多孔结构的碳材料，在CDI应用中表现出优异的脱盐性能和循环稳定性。该工作为沼液资源化利用提供了可行路径，同时为高性能CDI电极的绿色制备提供了新思路。后续研究将致力于材料的规模化制备，并推动其在实际水处理场景中的应用验证。

6、文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.135430