近年来，环境污染问题日益突出，水资源短缺已成为全球危机，将海水和咸水转化为淡水是解决淡水危机的有效途径。电容去离子技术（CDI）作为一种新兴的高效环保水处理技术备受关注，被视为传统水处理技术如反渗透和电渗析的低能耗、经济替代品。在过去十年中，作为脱盐的阴极材料，普鲁士蓝类似物（PBAs）因其独特的3D框架结构而被认为是CDI中最有潜力的电极材料之一。然而，它们的实际应用存在脱盐能力低和循环稳定性差的问题。
针对上述问题，提出了一种熵工程策略，首次将高熵（HE）概念融入到PBAs，以解决CDI脱盐过程中不利的多级相变。影响高熵材料性质的四个因素即构型熵、扩散缓慢、混合效应和晶格畸变，这可以提高电极材料的脱盐容量和循环性能。通过引入五种或更多共享N配位的金属，构建了高熵六氰基铁酸盐（HE-HCF），从而将体系的构型熵提高到1.5R以上，有助于实现超高的脱盐容量和卓越的循环性能。这种包熵工程策略为解决PBAs在高性能CDI应用中难以实现容量和循环稳定性的有效共存问题提供了新途径。
上述成果以“Entropy Engineering Constrain Phase Transitions Enable Ultralong-life Prussian Blue Analogs Cathodes”为题在材料科学1区TOP期刊《Advanced Science》（IF=15.1）上发表。硕士研究生雷雨浩为论文第一作者，王刚教授和汪仕勇博士为共同通讯作者，东莞理工学院为第一完成单位。
（论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202402340 ）
除了海水淡化技术研究外，团队针对水体中铜络合物污染以及铜回收技术也进行了研究。随着有毒重金属络合物污染日益突出和铜（Cu）资源紧缺日益严重，实现重金属络合物的解络和Cu2+的回收成为一个具有挑战的问题。同时，工业上常用的碱性沉淀也会造成大量的资源消耗和额外污染。本文创新性地采用接触电催化（CEC）结合CDI技术，实现了Cu(Ⅱ)-EDTA的有效解络合和Cu2+的同步回收。
具体而言，氟化乙烯丙烯（FEP）作为电介质粉末可在超声波刺激下产生ROS，导致Cu（Ⅱ）-EDTA的连续脱氨和脱羧，并加速 Cu-O 和 Cu-N 键的完全断裂，实现Cu（Ⅱ）-EDTA的有效解络合。解络合后的游离Cu2+被CDI体系中的硒化铜（CuSe）阴极吸附，并以硒化亚铜（Cu2Se）的形式储存在电极中，实现Cu的回收。通过研究Cu(Ⅱ)-EDTA的降解途径和中间产物的演变，发现Cu(Ⅱ)-EDTA在CEC中的降解过程主要受脱羧作用的支配。此外，还利用电子顺磁共振（EPR）验证了羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2-）的存在，并通过DFT评估了FEP与H2O/O2在反应条件下的电子交换能垒，探讨了CEC降解有机污染物的内部机理。令人印象深刻的是，该策略对其他金属组合具有良好的适用性和良好的循环稳定性。该研究阐明了CEC过程中持久性有机污染物的降解机理，为高效处理含金属络合物的工业废水提供了一种新方法，并推动了金属回收新技术的开发和利用。
该研究成果以“Simultaneous Cu(II)-EDTA decomplexation and Cu(II) recovery using integrated contact-electro-catalysis and capacitive deionization from electroplating wastewater”为题，在环境科学与生态学1区TOP期刊《Journal of Hazardous Materials》（IF=13.6）上发表。硕士研究生沈晓妍为论文第一作者，王刚教授为通讯作者，东莞理工学院为第一完成单位。
（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134548 ）
而在CDI技术回收铜的过程中，电极材料的选择尤为重要。在含水铜离子电池领域，CuSe和CuS已被公认为是优异的储铜材料。硒(Se)具有良好的循环稳定性，但可逆容量有限，而硫(S)具有良好的可逆容量，但循环稳定性不足。针对这些问题，项目团队合成了一种CuS@CuSe的非均相空心核壳结构，这种结构的合成是利用Cu2O进行逐层硫化和硒化过程来实现的。合成后的CuS@CuSe拥有更多的电活性位点，并降低了反应的能垒。因此，当用作CDI的阴极材料时，CuS@CuSe表现出优异的电吸附容量(647.0 mg g-1)，17.1 mg g-1 min-1的高离子传输速率和优越的循环性能。通过表征技术和密度泛函理论(DFT)计算研究了CuS@CuSe的吸附机理，并为设计和开发能够选择性捕获废水中铜离子的有效电极材料提供了有价值的见解。
该研究成果以“Porous CuS@CuSe heterostructure cathode in capacitive deionization for exceptional copper ion electrosorption from wastewater”为题，在工程技术1区TOP期刊《Separation and Purification Technology》（IF=8.6）上发表。联培硕士研究生唐嫚菲为论文第一作者，王刚教授和汪仕勇博士为共同通讯作者，东莞理工学院为第一完成单位。（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.128169 ）
上述研究得到了国家自然科学基金（22108032和22178055）、广东省基础与应用基础研究基金（2020A1515110820）、东莞市创新创业领军人才引进计划的支持。
撰稿：汪仕勇
一审：李春志 二审：高 峰 终审：兰善红
