相控表面工程调控MoS2/MXene异质结构以提升电容去离子性能

本研究报道了一种策略性开发MoS2/MXene纳米复合材料作为高效电容去离子（Capacitive Deionization, CDI）电极的研究。MXene通过选择性刻蚀MAX相材料制备，提供了导电且层状的结构框架，可促进离子的快速传输并扩大吸附界面。为优化电化学活性和结构完整性，研究人员采用高压水热法将层状MoS2整合到MXene基底中，并通过调节前驱体摩尔比系统研究了MoS2负载量的影响。此外，在不同温度下进行氮气退火处理，以控制MoS2的晶相，使其从亚稳态1T/2H混合相向稳定2H相转变，从而提高电荷存储能力和材料耐久性。实验结果表明，优化的热处理显著提升了比电容，由13.42 F/g增至20.06 F/g，脱盐效率由4.63%提升至10.86%。该复合电极表现出39.38 mg/g的优异盐吸附容量，并在连续50次循环中保持96.62%的高保持率。这些结果凸显了MoS2/MXene异质结构在下一代高稳定性海水淡化技术中的应用潜力。

该研究发表于《Surface and Coatings Technology》，针对全球气候变化与人口增长背景下淡水资源紧缺的问题，提出通过新型电极材料提升电容去离子（CDI）技术的性能。传统CDI电极多采用碳基材料，虽然具备良好的导电性和化学稳定性，但因微孔结构限制离子扩散与吸附速率，难以满足高性能应用需求。研究人员因此开发了MoS₂/MXene异质结构电极，结合二维材料MXene的高导电性和层间通道优势，以及过渡金属硫化物MoS₂的多相可调特性，以实现更高的电荷存储与脱盐效率。

关键技术方法方面，研究人员首先通过氢氟酸选择性刻蚀Ti₃AlC₂（MAX相）制备MXene，并利用高压水热法在其层间生长MoS₂，通过调节前驱体浓度控制MoS₂负载量；随后在不同温度下进行氮气退火，以调控MoS₂的晶相比例，实现从1T/2H混合相向2H相的转变，从而优化电极的电化学稳定性与离子吸附能力。

结果与讨论部分分为若干小节。MoS₂/MXene制备环节详细描述了MXene的合成路径及表面功能化反应，确保材料具有高比表面积与良好亲水性。微观形貌表征显示，MAX相经刻蚀后形成类似手风琴的多层结构，MoS₂呈花状纳米片形态，并在MXene层间均匀分布，形成稳定的异质结构。电化学测试表明，晶相调控显著提高了比电容与脱盐效率，其中优化后的样品在流动型CDI系统中表现出39.38 mg/g的盐吸附容量和超过96%的循环稳定性。

讨论部分指出，MoS₂的晶相转变不仅提升了材料的电荷存储能力，还改善了其在长期运行中的结构稳定性，解决了传统碳基材料在离子扩散与活性位点方面的不足。结论部分总结认为，相控表面工程策略可有效提升MoS₂/MXene复合材料的综合性能，为下一代高效、稳定的电容去离子技术提供了可行的材料平台。