近日， 国网江苏电科院/肖鹏&江苏科技大学/施敏杰教授 在 Energy & Environmental Materials 上发表题为 “ Highly Efficient and Stable Capacitive Deionization Based on a Flower-Like Conjugated Polymer with Double Active-Sites ” 的研究型论文。

本文设计了一种高氧化还原活性的的有机聚合物聚萘醌亚胺（PCON），其具有稳定的长程有序骨架和粗糙的三维花表面形态，以及由C=O和C=N官能团提供的高密度活性位点，能够实现高效的氧化还原反应并实现高Na+捕集能力。合成的PCON聚合物展现出卓越的电吸附特性和显著的结构稳定性，在1 A g ^-1 下的比电容高达500.45 F g ^-1 ，并在5000次充放电循环后依旧能保持其原始电容的86.1%。得益于PCON聚合物优越的赝电容性能，我们开发了一种HCDI系统，该系统不仅具有100.8 mg g ^-1 的出色除盐能力和3.36 mg g ^-1 min ^-1 的显著快速平均去除率，而且在50次循环后仍保持其初始脱盐能力的97%，从而在最先进的脱盐技术领域脱颖而出，其综合性能大大超过了现有的先进脱盐方法。展望未来，双活性位点PCON聚合物的设计范式可以推广到其他有机电极，预示着高性能海水淡化系统设计的新途径。

图 1. a）PCON合成示意图；b）固体核磁共振波谱；c）PCON聚合物的傅里叶变换红外光谱（FTIR）；d）SEM和e）EDS图谱；f）N ₂ 吸附-解吸和孔径分布曲线。

图 2. a）PCON聚合物及其前体的热重分析（TGA）曲线，b）紫外漫反射光谱，以及c）X射线衍射（XRD）光谱；d）PCON聚合物的约化密度梯度（RDG）计算；e）PCON单体和聚合物链示意图。

图 3. PCON在1M NaCl中的电化学性能测量。a）CV曲线和b）不同扫描速率（1~30 mV s ^-1 ）下的峰值电流；c） 峰值电流的b值变化；d）拟合不同扫描速率下CV中赝电容贡献的曲线；e）不同扫描速率下的伪电容和扩散控制百分比；f）不同电流密度（1~6A g ^-1 ）下的GCD曲线；g）不同电流密度下比电容和IR降的变化曲线；h）不同赝电容材料电极在NaCl电解质中比电容的箱线图。

图 4. 不同SOC下PCON电极的a）电化学阻抗谱图和b）扩散系数；c）PCON聚合物的HOMO-LUMO能隙；d）在非原位XPS光谱中不同充放电条件下，PCON电极的O1S和e）N1S光谱；f）通过密度泛函理论（DFT）计算确定PCON的活性位点；g）充电和放电过程中的氧化还原反应示意图；h）PCON电极的循环性能。

图 5. HCDI系统组装和测试。a）所构建系统的示意图；不同施加电压下的b）电流响应，c）NaCl吸附和再生曲线，d）脱盐能力和能耗；e）Na ⁺ 的吸附动力学；f）在500 mg L ^-1 NaCl溶液中的长期循环性能和比能耗；g）与已有报道的HCDI系统的脱盐性能比较。

Zhiyun Zhuang, Lei Sun, Yueheng Tao, Jian Shao, Jinggang Yang, Peng Yu, Huanxu Chen, Jianhua Zhou, Jing Xiao, Kangyong Yin, Minjie Shi*, Peng Xiao* . Highly Efficient and Stable Capacitive Deionization Based on a Flower-Like Conjugated Polymer with Double Active-Sites. Energy Environ. Mater. 2025. DOI: 10.1002/eem2.12852

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12852