DOI: 10.1016/j.seppur.2021.118593

混合电容去离子（HCDI）通过在传统的电容去离子（CDI）系统中采用电池型电极，而成为一种新型的低能耗微咸水淡化方法，其具有成本低、离子去除效果好等优点。在此，研究者采用一种不可扩展的静电纺丝方法来设计HCDI系统正极材料。成功形成了Co3O4和氮掺杂碳纳米管修饰物，其均匀分布在自立式碳纳米纤维中空结构（Co3O4@CNF@CNT）上。CNF基质提供的导电“桥”显著缩短了Na+的扩散长度，提高了Co3O4纳米颗粒的电导率。此外，得益于氮掺杂CNT的加入，电导率进一步提高。所制备的Co3O4@CNF@CNT正极在1mV/s的扫描速率下显示出395F/g的优异伪电容性能，在100mV/s的扫描速率下显示出279F/g的优异倍率性能。HCDI系统具有58.6mg/g的出色盐吸附能力（SAC）和12.27mg/g/min的最高盐吸附率（SAR），电位差为1.4V，这表明Co3O4@CNF@CNT在实际HCDI系统中具有广阔的应用前景。

图1.Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT的合成过程示意图。

图2.所制备的CNF（a-c），Co3O4@CNF（d-f）和Co3O4@CNF@CNT（h-i）样品的SEM图像。

图3.所制备的CNF（a-b），Co3O4@CNF（c-d）和Co3O4@CNF@CNT（e-f）的TEM和HRTEM图像。

图4.CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT的XRD图（a）和拉曼光谱（b），（c）所制备的Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT在压缩空气下从25℃至1000℃的TGA和DTA曲线，升温速率为10℃/min，插图为独立式Co3O4@CNF@CNT电极的照片，（d）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT的氮气吸附-解吸等温线。

图5.（a）Co3O4@CNF@CNT在2M NaCl溶液中以不同扫描速率获取的CV曲线，（b）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极在10mV/s的扫描速率下的CV曲线，（c）在不同扫描速率下CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极的比电容比较，插图为Co3O4@CNF@CNT电极快速离子迁移机理的示意图，（d）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极的奈奎斯特图。

图6.（a）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极在不同电压和1500ppm进料溶液下的SAC比较，（b）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极在1500ppm进料溶液和1.4V外加电压下的Ragone图，（c）Co3O4@CNF@CNT电极在1500ppm进料溶液和不同电压下的Ragone图，（d）在1.4V下使用不同进料溶液的Co3O4@CNF@CNT电极的Ragone图，（e）在外加不同电压的情况下，CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极在电吸附过程中去除每克NaCl的能耗，（f）CNF、Co3O4@CNF和Co3O4@CNF@CNT电极的循环性能。