Onlangs, de onderzoekers van het Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen gebruikten valentie-engineering om drie mangaanoxiden te ontwikkelen als elektroden met verschillende Mn-valenties voor hoogwaardige capacitieve ontzilting.

Omgekeerde osmose en thermische destillatie worden veel gebruikt om zout water met een hoge zoutconcentratie te behandelen, maar ze hebben nadelen, inclusief hoog energieverbruik en hoge kosten.

Als alternatieve methode kan capacitieve deïonisatie (CDI) technologie kan geladen ionen uit ontzout water verwijderen door middel van elektrosorptie of pseudocapacitieve reactie. Echter, er zijn weinig meldingen over mangaanoxiden met een lagere valentie van Mn vergeleken met het aantal meldingen over MnO ₂ . Vandaar, of er een verschil is in ontziltingsprestaties in zulke verschillende valentietoestanden van Mn en de interne redenen zijn het onderzoeken waard.

In dit onderzoek, vanwege de hoge capaciteitskarakteristiek van de Faradische elektrode, de onderzoekers bereidden drie mangaanoxide-koolstofsamenstellingen met verschillende valentietoestanden van Mn door MnNO te calcineren ₃ @C-precursor onder verschillende atmosferen en temperaturen, en combineerde ze met een commerciële actieve koolelektrode om een ​​asymmetrische CDI-eenheid te assembleren. Alle bereide mangaanoxiden behielden de spoelachtige morfologie van de voorloper.

De resultaten toonden aan dat mangaanoxiden met tweewaardige, driewaardig en tweewaardig/trivalent vertoonden allemaal een hoge zoutadsorptiecapaciteit en overeenkomstige hoge zoutadsorptiesnelheden in 500 mg L-1 NaCl-oplossing, overtreft andere geavanceerde koolstofmaterialen. Onder hen, MnO@C gaf de beste elektrosorptieprestaties aan en Mn ₃ O ₄ @C heeft het ergste.

De berekeningsresultaten van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) toonden aan dat de valentietoestand van mangaan tijdens Na+-absorptie duidelijke discrepantie in de ruimtelijke structuur en absorptiecapaciteit zou kunnen veroorzaken. Daarom, de onderzoekers concludeerden dat in termen van capaciteit en stabiliteit, de mangaanoxiden met tweewaardige (MnO@C) waren meer geschikt dan driewaardige (Mn ₂ O ₃ @C) en tweewaardig/driewaardig (Mn ₃ O ₄ @C) mangaanoxiden voor CDI-ontzilting.

De valentie-engineering biedt een nieuwe manier voor het voorbereiden van hoogwaardige pseudocapacitieve materialen voor capacitieve ontzilting.