近日，化學化工學院（省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室）羅民教授負責的能源和環境材料研究團隊，在電化學鹽水淡化研究方面取得重要研究進展。研究成果在線發表在美國ACS數據庫國際可持續化學與工程領域Top期刊《ACSSustainable Chem. Eng》（一區，ImpactFactor 2018: 6.97）。論文題目：“MoreCa2+ less Na+: increase the desalination capacity andperformance stability of NaxCayCoO2”；DOI：10.1021/acssuschemeng.9b02157.寧夏大學羅民教授為本文的通訊作者，2018級水資源利用與化學化工博士研究生周瑞娟同學為論文第一作者。
水資源短缺和水環境的污染是困擾社會可持續發展的重大問題，而海水淡化技術則為解決水資源難題提供了有效的解決方案。反滲透、閃蒸法和電滲析等方法是目前常用的水處理技術，這些方法普遍存在高成本、高能耗和二次污染的問題。因此發展低成本，低能耗和高效率的水處理技術勢在必行。
電化學去離子（electrochemicaldeionization，EDI）是一種從水溶液中脫除可溶性帶電離子的新興技術方法。作為一種低能耗，環境友好的脫鹽技術受到關注，并在苦咸水淡化、海水脫鹽、廢水治理、高附加值離子的提取和有害離子的脫除等方面有潛在的應用前景。脫鹽電池（FDI）是一種新型的脫鹽技術，通過輸入電能，在電極表面發生氧化還原反應（法拉第反應）而提取鹽溶液中的鈉離子和氯離子，達到脫鹽淡化之目的。然后再通過放電過程（兩電極短接或反向施加電壓）釋放離子到濃鹽水中，同時回收部分能量。
近年來，二維層狀納米科學和技術的迅猛發展為開發新型脫鹽電極材料提供了契機。該課題組通過溶膠凝膠法（Sol-Gel）在層狀鈷酸鈉脫鹽電極材料的鈷氧層板間化學摻雜引入Ca2+摻雜，調控Co3+/Co4+的比例和氧空位的含量。隨鈣摻雜含量增加，Co3+/Co4+逐漸增加，導致不穩定的Co4+向Co3+弛豫時產生豐富的氧空位。進而通過化學氧化法，從層間脫出Na+，同時在層間引入結構水分子，得到了摻鈣脫鈉的水合物電極材料。通過調控鈣離子和鈉離子的含量，脫鹽電極的脫鹽性能得到了很大的提高。Na0.27Ca0.03CoO2?0.6H2O的脫鹽容量達到了83.5 ±2.4 mgg-1，法拉第效率接近100%，脫鹽循環50次沒有明顯的衰減。研究表明，由于豐富的氧空位改善了材料的導電性能，而鈣離子在層間起到了穩定層板結構的作用，因而實現了高脫鹽量和高循環穩定性能。本文還通過電化學石英晶體微天平原位深入研究了水合離子在層間脫嵌的微觀機理。該研究成果推動了脫鹽電池在高濃度鹽水脫鹽和水資源的重復利用中的應用。
上述研究工作得到了國家自然科學基金（Nos.21561026, 21361020）和“化學工程與技術”一流學科“煤基儲能與光電催化材料”科研創新團隊項目(GrantNo. NXY-LXK2017A04)項目資助。
文章鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.9b02157
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0011916419315243?via%3Dihub