Recentemente, i ricercatori dell'Istituto di Fisica dello Stato Solido, Gli Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze hanno utilizzato l'ingegneria della valenza per sviluppare tre ossidi di manganese come elettrodi con diverse valenze di Mn per la desalinizzazione capacitiva ad alte prestazioni.

L'osmosi inversa e la distillazione termica sono ampiamente utilizzate per trattare l'acqua salata ad alta concentrazione di sale, ma hanno degli svantaggi, compreso l'alto consumo di energia e l'alto costo.

Come metodo alternativo, La tecnologia di deionizzazione capacitiva (CDI) può rimuovere ioni carichi dall'acqua desalinizzata tramite elettrosorbimento o reazione pseudocapacitiva. Però, ci sono poche segnalazioni su ossidi di manganese con valenza inferiore di Mn rispetto al numero di segnalazioni su MnO ₂ . Quindi, vale la pena esplorare se c'è una differenza nelle prestazioni di desalinizzazione in tali diversi stati di valenza di Mn e le ragioni interne.

In questo studio, a causa della caratteristica di alta capacità dell'elettrodo faradico, i ricercatori hanno preparato tre composizioni di carbonio di ossido di manganese con diversi stati di valenza di Mn calcinando MnNO ₃ @C precursore in diverse atmosfere e temperature, e li ha combinati con un elettrodo a carbone attivo commerciale per assemblare un'unità CDI asimmetrica. Tutti gli ossidi di manganese così preparati hanno mantenuto la morfologia simile a un fuso del precursore.

I risultati hanno mostrato che gli ossidi di manganese con bivalente, trivalente e bivalente/trivalente hanno tutti mostrato un'elevata capacità di assorbimento del sale e corrispondenti elevati tassi di assorbimento del sale in una soluzione di 500 mg L-1 NaCl, superando altri materiali di carbonio avanzati. Tra loro, MnO@C ha indicato le migliori prestazioni di elettroassorbimento e Mn ₃ oh ₄ @C ha la peggio.

I risultati del calcolo della teoria del funzionale della densità (DFT) hanno dimostrato che lo stato di valenza del manganese durante l'assorbimento di Na+ potrebbe portare a discrepanze distinte nella struttura spaziale e nella capacità di assorbimento. Perciò, i ricercatori hanno concluso che in termini di capacità e stabilità, gli ossidi di manganese con bivalente (MnO@C) erano più adatti di quelli trivalenti (Mn ₂ oh ₃ @C) e bivalente/trivalente (Mn ₃ oh ₄ @C) ossidi di manganese per dissalazione CDI.

L'ingegneria di valenza fornisce un nuovo modo per preparare materiali pseudocapacitivi ad alte prestazioni per la desalinizzazione capacitiva.