近期，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術研究部環境與能源納米材料中心團隊基于電容去離子技術發展了銅基普魯士藍（CuHCF）選擇性吸附電極，基于其獨特的晶體通道及特有的贗電容效應，該電極展現出高效的選擇性電吸附鈣離子能力，該工作對于硬水軟化技術具有重要意義。相關成果以“Selective Pseudocapacitive Deionization of Calcium Ions in Copper Hexacyanoferrate”為題，發表在ACS Applied Materials & Interfaces 上。 

　　水的硬度是世界各國普遍存在的水質問題。據統計，85%以上的可用淡水為硬水。自來水、地面水、河水等常見的硬水一般都是由鈣、鎂離子引起的，會導致洗滌劑作用減弱，鍋爐、管道、熱交換器結垢，降低熱導率，增加能耗，嚴重時甚至會引起管道堵塞和鍋爐爆炸。長期飲用硬水還會增加人體泌尿系統結石的得病率，因此硬水的軟化處理得到高度關注。然而，現有的硬水處理技術如化學沉淀法、離子交換、膜過濾、電絮凝、反滲透等，需要過度使用化學物質、復雜的基礎設施、昂貴的維護且能源消耗高。近年來，電容去離子技術（Capacitive Deionization,CDI）作為一種新型的水處理技術，由于其操作方便、環境友好、能耗低等優點，引起了人們的廣泛關注。目前，用于CDI水處理技術的電極材料多為碳材料，缺乏目標離子的高效選擇性，而具有高比電容的贗電容材料因其特有的離子選擇性有望用于CDI硬水軟化領域。 

　　為此，固體所科研人員基于Ca²⁺離子的插層作用，首次利用CuHCF作為贗電容電極，在Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等多種陽離子混合溶液中對Ca²⁺實現了高選擇性電吸附（圖1）。在非對稱電容去離子裝置中，1.4 V工作電壓下獲得了42.8 mg/g的鈣離子最大吸附容量，尤其是在高鈉/鈣離子摩爾比（10:1）溶液中依然保有最高吸附選擇性系數3.05，并且在循環過程中CuHCF電極材料也能保持原有的形貌和穩定的吸附容量（圖2）。科研人員利用第一階、第二階動力學和等溫吸附曲線分析CuHCF電極材料的贗電容吸附行為，并結合電化學表征以及分子動力學模擬技術，闡明了CuHCF電極材料選擇性吸附鈣離子的贗電容本征特性（圖3）。該研究工作對于探索CDI贗電容電極材料高效選擇性電吸附目標離子以及CDI硬水軟化技術具有重要意義。 

　　上述工作得到了科技部國家重大研發專項和國家自然科學基金委基金項目的支持。 

　　文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c11233