发展高效水处理技术实现海水淡化与环境污染物去除具有十分重要的意义。近期，徐应生博士基于功能复合结构、多氧化还原中心结合策略，在高性能电极材料的制备以及电化学水处理应用领域取得系列研究进展。
其中，基于法拉第转换机制与双氧化还原中心结合策略，发展了一种MnCo2O4纳米棒阴极材料。该工作以“Dual redox centers in MnCo2O4 nanorod cathode for highly efficient capacitive deionization”（基于MnCo2O4纳米棒阴极双重氧化还原中心的高效电容脱盐）为题，发表于Desalination（《脱盐》）。徐应生博士为论文第一作者和通讯作者，中科院合肥研究院周宏建研究员为论文共同通讯作者，实验与数据处理部分由课题组2021级本科生马斯窅（论文共同第一作者）独立完成，湖北师范大学为论文第一单位，该工作获得湖北省第十七届大学生化学（化工）学术创新成果报告会二等奖。Desalination系Elsevier（爱思唯尔）出版社旗下工程技术领域期刊、SCI中科院大类一区期刊，最新影响因子为8.3。
该研究采用水热-煅烧两步法，制备了一种MCO-NR纳米棒阴极材料。结合电化学测试分析MCO-NR电极的氧化还原反应机制与赝电容储存动力学。设计多维度脱盐实验探索MCO-NR电极的除盐动力学特征与长期稳定性。利用非原位表征和理论计算阐述了Na+可逆嵌入与脱出的插层行为以及双氧化还原中心增强电容吸附机理。本研究为高性能法拉第电极材料的设计提供了一种新视角。
双氧化还原中心高效电化学脱盐示意图
通过将双氧化还原活性中心与异质结构相结合，成功开发了一种MCS-CN复合异质结电极，实现高容量和高稳定性脱盐。该工作以“High-capacity and high-stability capacitive desalination with dual redox-active MnCo2S4/g-C3N4 heterojunction electrode”（双氧化还原活性MnCo2S4/g-C3N4异质结电极实现高容量高稳定性电容脱盐）为题，发表于Separation and Purification Technology（《分离纯化技术》）。徐应生博士为论文第一作者和通讯作者，中科院合肥研究院周宏建研究员为论文共同通讯作者，实验与数据处理部分由课题组2021级本科生全荣霞（论文第二作者）独立完成，湖北师范大学为论文第一单位。Separation and Purification Technology是Elsevier（爱思唯尔）出版社旗下工程技术领域期刊、SCI中科院大类一区期刊，最新影响因子为8.1。
该研究首次引入了二元金属硫化物MnCo2S4/g-C3N4（MCS-CN）异质结作为CDI电极，通过将双氧化还原活性中心与异质结构相结合，MCS-CN复合电极展现出高容量和高稳定性脱盐的潜力。结合原位X射线衍射、精细的非原位X射线光电子能谱、三元电化学分析及理论计算，深入解析了MCS-CN电极对钠离子的吸附与脱附机制，揭示了二元金属硫化物异质结提升脱盐性能的本质。这一创新策略为开发具有高氧化还原活性和高效脱盐性能的异质结电极提供了新的视角。
双氧化还原中心与异质结构协同耦合高效电化学脱盐示意图
草铵膦（Gly）和草甘膦（Glu）都是常用的除草剂，其对环境和人类健康的影响引发担忧。通过原位电氧化与电容吸附的有效结合，碳基CDI技术实现了对水体中除草剂的分解和去除。该工作以“Effective electro-removal of glyphosate and glufosinate from aqueous solutions via capacitive deionization”为题发表在Journal of Water Process Engineering（《水处理工程杂志》）。湖北师范大学化学化工学院徐应生博士、安徽农业大学侯如燕教授、中科院合肥研究院周宏建研究员为论文共同通讯作者，湖北师范大学为通讯单位之一。Journal of Water Process Engineering是Elsevier（爱思唯尔）出版社旗下工程技术领域期刊、SCI中科院大类二区期刊，最新影响因子为6.3。
从核废水中选择性电吸附U(VI)对消除有害放射性辐射与资源回收具有重要意义。基于纳米限域效应，开发了一种氮掺杂碳纳米管封装的Co9S8复合材料（CS-NCNT），实现了高效选择性U(VI)电吸附。该工作以“Nitrogen-doped carbon nanotube encapsulated Co9S8 composite cathode for high-selective capacitive extraction of uranium (VI) from radioactive wastewater”为题发表在Separation and Purification Technology（《分离纯化技术》）。湖北师范大学化学化工学院徐应生博士、中国科学院强磁场科学中心房震研究员、固体物理研究所周宏建研究员为共同通讯作者，湖北师范大学为通讯单位之一。Separation and Purification Technology是Elsevier（爱思唯尔）出版社旗下工程技术领域期刊、SCI中科院大类一区期刊，最新影响因子为8.1。
以上工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和湖北省自然科学基金等项目的资助。
论文信息：
1. Dual redox centers in MnCo2O4 nanorod cathode for highly efficient capacitive deionization
Yingsheng Xu1*, Siyao Ma1, Jianguo Zhou1, Guofeng Zhang, Yanan Wei, Xuan Zheng, Shuyan Liu, Hongjian Zhou*
Desalination, 2024, 592, 118137
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.118137
2. High-capacity and high-stability capacitive desalination with dual redox-active MnCo2S4/g-C3N4 heterojunction electrode
Yingsheng Xu*, Rongxia Quan, Jianguo Zhou, Hengjian Mao, Chen Li, Siyao Ma,Junteng Mou, Hongjian Zhou*
Separation and Purification Technology, 2025, 355, 129761
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129761
3. Effective electro-removal of glyphosate and glufosinate from aqueous solutions via capacitive deionization
Hengjian Mao1,Wanjun Gao1, Yingsheng Xu*, Ruyan Hou*, Hongjian Zhou*
Journal of Water Process Engineering, 2024, 63, 105500
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2024.105500
4. Nitrogen-doped carbon nanotube encapsulated Co9S8 composite cathode for high-selective capacitive extraction of uranium (VI) from radioactive wastewater
Yuebing Cheng, Yingsheng Xu*, Hengjian Mao, Jianguo Zhou, Shuyan Liu, Wenge Chen, Zhen Fang*,Hongjian Zhou*
Separation and Purification Technology, 2024, 342, 127020
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.127020
