近日，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所鄭煜銘團(tuán)隊(duì)（污染防治材料與技術(shù)研究組）在廢棄生物質(zhì)多孔碳應(yīng)用于電容脫鹽方面取得新進(jìn)展。該研究揭示了提高碳電極材料石墨氮含量對(duì)增強(qiáng)電容脫鹽性能的內(nèi)在機(jī)制。 

　　碳材料因儲(chǔ)量豐富、環(huán)境相容性高，成為電容去離子（Capacitive deionization，CDI）電極材料研究的熱點(diǎn)。然而，制備良好親水性、高比表面積、適合孔徑分布、高導(dǎo)電性、穩(wěn)定電化學(xué)性能的碳電極材料頗具挑戰(zhàn)性。因此，亟需發(fā)展一種綠色、低成本的方法來制備具有特定形態(tài)或孔隙結(jié)構(gòu)的雜原子摻雜碳電極材料。近年來，雜原子摻雜工程為制備高性能CDI電極材料提供了新思路。基于此，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所鄭煜銘團(tuán)隊(duì)以溶解有廢棄蠶繭的汰頭廢水為氮和碳源，運(yùn)用ZnCl2活化-碳化工藝制備了氮摻雜分級(jí)多孔碳（NPC），并將其作為電極材料用于CDI脫鹽，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化（如圖）。研究發(fā)現(xiàn)：提高石墨氮含量可有效降低電極材料本征電阻，減小脫鹽能耗；同時(shí)可增加電極材料內(nèi)部缺陷形成贗電容吸附位點(diǎn)，進(jìn)一步增大脫鹽容量。優(yōu)化后的NPC-1.5電極材料的電吸附容量可達(dá)22.19 mg g-1，平均脫鹽速率為1.1 mg g-1 min-1，優(yōu)于已報(bào)道的活性炭和其他多孔碳電極材料；經(jīng)過50次循環(huán)利用后，NPC-1.5仍能保持初始電吸附容量的97%，表明該材料在海水淡化方面具有應(yīng)用潛力。 

　　相關(guān)研究成果以Silkworm cocoon waste-derived nitrogen-doped hierarchical porous carbon as robust electrode materials for efficient capacitive desalination為題，發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。 

NPC的制備及其CDI脫鹽示意圖