第一作者：周紫晴

通讯作者：马杰

通讯单位：同济大学

论文DOI：10.1016/j.nanoen.2025.110792

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电化学去离子（EDI）技术凭借其低二次污染、低能耗及易于再生等显著优势，已成为除氯领域的研究热点。然而，当前应用于EDI的电极材料主要局限于基于双电层电容机制的碳基材料及基于转化反应的Ag/Bi基材料，这些材料普遍存在比容量有限、反应动力学迟缓等问题，严重制约了其在高效去离子领域的实际应用。因此，开发具有高容量、快速反应动力学及优异结构稳定性的新型EDI阳极材料成为亟待突破的关键科学问题。

过渡金属磷化物，尤其是磷化亚铜（Cu₃P），因其独特的电子结构、优异的比容量、良好的氧化还原可逆性及较低的氧化还原电位，在电化学储能与转换领域展现出广阔的应用前景。尽管Cu₃P在阴离子可逆储存方面表现出显著潜力，但其在EDI体系中的应用尚未见报道，且其反应动力学和结构稳定性仍需进一步提升以满足实际应用需求。

针对这一问题，同济大学马杰教授团队摒弃传统依赖材料尺寸微缩化和碳基复合的技术路线，提出基于牺牲模板阵列工程的可控磷化策略，成功制备了单片低曲折度Cu₃P纳米棒阵列（mCu₃P NA），实现了高面积性能的电化学除氯。单片纳米棒阵列的低曲折设计和互连孔结构有助于缩短离子扩散路径并促进电子传输，从而改善电荷传输动力学以提高除氯速率。此外，单片低曲折阵列结构提供了丰富的可及活性位点以促进去离子化能力，同时也提供了充足的缓冲空间以增强稳定性。结果表明，mCu₃P NA电极表现出优异的面积除氯容量（2.21 mg-Cl⁻cm⁻²）、快速的面积除氯速率（0.074 mg-Cl⁻cm⁻²min⁻¹）和优异的稳定性（80次循环约89.66%的容量保持率）。该研究为低曲折度Cu₃P阵列在环境处理中的应用提供了新思路，并推动了高面积性能氯离子去除电极的发展。

要点一：低曲折度阵列结构设计

通过电化学阳极氧化和可控磷化策略成功合成了单片低曲折度Cu₃P纳米棒阵列，并通过调控磷源的量实现纳米棒尺寸的控制。所制备mCu₃P NA保持了良好的三维多孔泡沫结构和低曲折度阵列架构。这种低曲折度设计显著提升了离子扩散效率和电子传输能力，增加了活性位点的可接触性，为电化学除氯的快速进行提供了有利条件。这些特性使得mCu₃P NA在氯离子去除应用中展现出良好的性能潜力。

要点二：优异面积的Cl^-去除性能

低曲折度Cu₃P纳米棒阵列在电化学除氯中展现出优异的面积性能。在1.6V的恒定电压下，Cu₃P-2的面积去离子容量达到2.21mg-Cl⁻cm⁻²，相对应的面积去离子速率高达 0.074 mg-Cl⁻cm⁻²min⁻¹。显然，mCu₃P NA表现出比任何其他Cl⁻存储电极材料（甚至高负载电极）更高的面积去离子容量和面积去离子速率。此外，经过80次循环后，容量保持率接近90%，且材料结构完整无坍塌，表现出优异的长期稳定性。这些优势使得mCu₃P NA在电化学除氯应用中具有显著的竞争力，尤其适用于空间受限的高效去离子设备。

要点三：除氯机理首次探索

基于XRD和XPS表征结构，首次提出了Cu₃P捕获Cl⁻的机理，其与P³⁻/P⁰的氧化还原和CuCl的形成有关。DFT模拟则进一步分析了可控磷化对性能的影响机理，磷化程度通过调节Cu₃P/Cu异质结构的阵列结构和组分，从而影响面积去离子性能。

文献链接

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110792

另：封面图