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多孔碳纤维电极材料的制备及电容去离子性能研究

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由于碳纳米纤维比表面积(SSA)较低,在电容去离子(CDI)应用中,其脱盐效率并不理想.该研究采用静电纺丝技术制备了沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)材料与聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维,并通过碳化工艺处理得到多孔碳纳米纤维电极材料.经过优化组分及碳化工艺后,所得碳纤维电极的SSA和孔体积分别高达398.74 m2/g和0.180 cm3/g.在1.2 V和1.6 V电压下,该电极对500 mg/L的NaCl溶液(50 mL)的盐吸附容量分别达 21.16 mg/g和 39.04 mg/g.此外,电化学测试结果显示,提高碳纳米纤维电极的孔隙率可以在一定程度上提高双电层电容,从而实现更高的离子吸附量和更稳定的储能性能.
Porous carbon nanofiber electrode for capacitive deionization
Due to the relatively low specific surface area(SSA)of carbon nanofibers,their desalination efficiency in capacitive deionization(CDI)applications is not satisfactory.In this study,we prepared zeolitic imidazolate framework-8(ZIF-8)and polyacrylonitrile(PAN)composite nanofibers using electrospinning technology and obtained porous carbon nanofiber electrode materials through carbonization process.After optimizing the composition and carbonization process,the resulting carbon fiber electrode exhibited an SSA of 398.74 m2/g and a pore volume of 0.180 cm3/g,respectively.At voltages of 1.2 V and 1.6 V,the salt adsorption capacity of the electrode for a 500 mg/L NaCl solution(50 mL)reached 21.16 mg/g and 39.04 mg/g,respectively.Furthermore,electrochemical testing revealed that increasing the porosity of carbon nanofiber electrodes can improve the double-layer capacitance to a certain extent,thereby achieving higher ion adsorption capacity and more stable energy storage performance.

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张惠中、田家宇、李健生、朱志高

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南京理工大学 环境与生物工程学院,江苏 南京 210094

哈尔滨工业大学 环境学院,黑龙江 哈尔滨 150001

河北工业大学 土木与交通学院,天津 300401

电容去离子 吸附 碳纳米纤维 沸石咪唑酯骨架-8 静电纺丝

国家自然科学基金江苏省自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金

52000105BK2020047830922010806

2024

南京理工大学学报(自然科学版)
南京理工大学

南京理工大学学报(自然科学版)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.526
ISSN:1005-9830
年,卷(期):2024.48(1)
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