近日，我院马杰教授团队于国际权威学术刊物《Nature Communications》发表题为 “Reactive P and S co-doped porous hollow nanotube arrays for high performance chloride ion storage” 的研究成果，同济大学为第一单位，马杰教授为论文唯一通讯作者，我院硕士研究生邢思阳（现华盛顿大学圣路易斯分校在读博士）为论文唯一第一作者，研究得到国家自然科学基金委和上海市科委国内科技合作项目资金资助。
可持续清洁能源、水资源短缺和工业废水处理需求促使了氯离子储存分离技术的研究，开发有效可靠的技术来分离水和废水中过量的氯离子势在必行。过渡金属磷化物(TMPs)是由磷与过渡金属元素结合而成，具有高电化学活性、优异的电导率和准金属特性，但其存在反应动力学缓慢和体积膨胀导致的稳定性差等严重问题。因此，探索合适方法实现高速高容量离子存储及改善离子扩散条件是实现氯离子存储的重要科学问题。
该项研究通过化学气相沉积法，对过渡金属磷化物进行硫掺杂，使得电极可以在掺杂的同时通过柯肯达尔效应形成空腔。CoNiP@CF电极可以显著提高前驱体的电导率，实现较高的电子传输能力和离子吸附动力学。而将S掺杂到CoNiP@CF中（CoNiPS@CF），可以形成高价金属中心，促进界面电荷转移，提高活性物质的氧化还原活性能力；此外，多孔空心纳米管结构具有大量的表面活性位点和高速离子传输通道，有利于氯离子高速率和高容量的高效吸附；空心结构减少了氯离子吸附引起的体相膨胀，从而提高了循环稳定性。最终实现了高达76.1 mgCl- g-1的氯离子吸附容量和6.33 mgCl- g-1min-1的氯离子吸附速率。
该研究通过掺杂一步实现高位点反应活性及高速离子扩散通道的建立，揭示了过渡金属磷硫化物在电化学捕氯中强大的应用前景，也为脱氯阳极的设计提供普适性的策略和方法。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49319-5
