文章导读
工业废水中的氯离子不仅腐蚀设备，更威胁生态安全，而传统银基脱氯材料因体积膨胀与弱界面接触难以持久。西安交大张淼团队提出原位刻蚀-还原策略，在多孔MXene表面构建Ag单原子与纳米颗粒的共价桥接界面，开辟高效电子通道并抑制膨胀，实现了156.63 mg g−1的脱氯容量，电荷效率与50次循环容量保持率均超90%。这种共价界面设计能否成为高性能脱氯电极的通用方案？
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氯离子（Cl−）的高效去除是工业废水处理和海水淡化领域的关键挑战之一。高浓度Cl−不仅会导致土壤盐碱化，还会严重腐蚀不锈钢设备，威胁生态安全与工业生产。电容去离子（CDI）技术因其高效、低能耗、易再生等优势而备受关注，但其性能很大程度上取决于电极材料的设计。银（Ag）基复合材料虽具有优异的Cl−选择性和高理论容量，却在反复的脱氯过程中面临严重的体积膨胀及循环稳定性差的问题；此外，Ag颗粒与导电基体间往往是通过物理复合形成的弱界面接触，缺乏有效的电荷转移通道，界面处的高阻抗严重制约了Ag活性位点的利用效率，进而限制了脱氯性能的进一步提升。
针对上述挑战，西安交通大学化学学院张淼教授团队提出了一种原位刻蚀-还原策略，成功在多孔MXene（HMX）表面构建了Ag单原子（SAs）与纳米颗粒（NPs）的共价桥接界面，实现了高效、稳定的电化学脱氯。该策略利用MXene表面还原性的低价钛物种与Ag+之间的自发氧化还原反应，在Ag NPs与MXene界面形成Ag−C/O共价键的同时制造丰富面内孔道。这些共价键可作为电子桥梁促进Ag NPs与HMX之间的定向电子转移，显著增强法拉第脱氯动力学；原位刻蚀形成的MXene面内纳米孔和层间通道构筑了三维互联离子传输网络，大幅提升Cl−扩散效率；HMX作为导电骨架和柔性缓冲层，有效抑制Ag NPs在吸脱附过程中的体积膨胀。基于该策略，优化后的i-HMX@Ag20自支撑电极在1.4 V电压下展现出高达156.63 ± 2.6 mg g−1的优异脱氯容量，电荷效率超过90%，且在50次循环后容量保持率超过90%。在实际应用验证中，利用三级串联CDI系统对自来水和循环冷却水进行处理后的出水均达到国家水质标准。该工作提出的共价界面设计理念，为高性能脱氯电极的开发提供了新思路，也为其他金属/MXene复合体系的界面工程提供了通用策略。
该研究成果以“共价Ag-多孔MXene连接促进电化学脱氯”（Covalent Ag-holey MXene link at interface boosting electrochemical dechlorination）为题，发表在国际著名期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。西安交通大学化学学院为第一通讯单位，张颢助理教授为论文第一作者，张淼教授、斯德哥尔摩大学袁家寅教授、南京理工大学李健生教授为论文共同通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金青年项目（青C）、西安交通大学青年拔尖计划、中央高校基本科研业务费等项目的支持，并获得了西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台和西安交通大学分析测试共享中心在测试表征方面的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75560-1
张淼教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/zhangmiao/zh_CN/index.htm
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