水是生命之源，但全球水环境中磷含量的急剧上升已对水生生态系统、水质和人类健康构成严重威胁。磷作为一种必需营养元素，在DNA组装、能量存储等领域有广泛应用，但过量排放会导致水体富营养化，引发藻类暴发和水体缺氧问题。传统除磷方法如化学沉淀、生物处理和吸附等存在二次污染、成本高和效率低等局限。电容去离子（CDI）作为一种新兴的电化学水处理技术，凭借其无二次污染、能耗低和可再生等优势，在选择性磷去除和回收方面展现出巨大潜力。电极材料是CDI系统的核心，直接影响吸附性能和选择性，但当前材料面临选择性低、稳定性差以及结构-选择性关系不明确等瓶颈。
张树鹏/范扬结合多年在CDI领域的科研经验，指导化学与化工学院2022级本科生文圣、马钰、林锦兴、陈家琦和李思淼在工程技术领域重要期刊《Chemical Engineering Journal》(中科院一区TOP期刊，IF=13.2)发表了题为“Unraveling the Structure-selectivity Nexus: Electrode Materials for Selective Phosphorus Removal and Recovery via Capacitive Deionization: A systematic Review”的SCI综述论文（本科生文圣、马钰和范扬老师为共同第一作者）。这篇综述系统分析了CDI技术中电极材料的结构特性与选择性磷吸附性能之间的关系，总结了碳基材料、层状双氢氧化物（LDHs）、金属氧化物（MO）以及金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）衍生物等电极材料的吸附机制，并指出了当前材料在选择性、稳定性、环境兼容性和能耗方面的挑战，为未来高性能电极材料的设计提供了理论指导。项目指导教师及论文通讯作者为化学与化工学院范扬讲师和张树鹏教授，论文第一单位和唯一通讯单位为南京理工大学。
论文截图
图文摘要
这篇综述的亮点在于从电极材料的内在结构特性和吸附机制出发，系统分类和分析了现有研究成果，建立了电极结构与电吸附性能之间的结构-选择性关系。在电极材料方面，综述重点探讨了四类材料的优势与缺陷：碳基材料（如活性炭、杂原子掺杂碳和生物质衍生碳）依赖双电层机制，具有高比表面积和导电性，但选择性和吸附容量有限；层状双氢氧化物材料通过层间插层、静电吸引和配体交换实现高效磷吸附，但导电性差；金属氧化物利用氧空位和金属-磷内层络合作用提升选择性，但易团聚；有机框架结构衍生物结合了多孔结构和金属活性位点，展现出优异的稳定性和选择性。通过对这些材料的合成方法、性能指标和机理分析，综述揭示了如何通过原子级活性位点设计、复合材料构建和操作参数优化来提升磷吸附选择性。
近年来关于电容去离子技术去除常见离子的论文数量（来源于原文Fig. 1）
碳基材料在选择性吸附磷酸根离子方面的应用（来源于原文Fig. 5）
层状双金属氢氧化物在选择性吸附磷酸根离子方面的应用（来源于原文Fig. 7）
有机框架材料在选择性吸附磷酸根离子方面的应用（来源于原文Fig. 11）
此外，综述还分析了外部因素如施加电压、溶液pH、共存离子和初始磷浓度对吸附性能的影响，并重点综述了共存离子竞争吸附位点的机制以及提高材料吸附选择性的常用策略。
最后，综述对当前电极材料存在的问题（如机制理解不足、实际环境适应性差、稳定性有限和能耗高）进行了总结，并提出了未来发展方向，包括利用人工智能优化材料设计、开发新型多功能复合材料以及推动绿色合成方法等。这篇综述不仅为CDI技术中磷回收提供了理论和实践指导，也为废水处理领域的可持续发展提供了新思路。
文圣，马钰，林锦兴，陈家琦以及李思淼同学自大二开始就进入张树鹏教授课题组学习。在此期间，五位同学充分利用课余及寒暑假时间积极开展实验研究，并定期开展文献交流会，分享各自近期所读文献，力求共同进步。小组五位同学在日常阅读文献过程中的积累与交流促使了这篇综述的完成和发表。张树鹏教授课题组注重培养学生的科研思维，为本科生开展科研训练提供了良好的科研实验场所以及充足的经费支持。同时，张树鹏老师和范扬老师定期与同学们交流并鼓励学生多进行尝试，切实为学生发展提供良好科研平台。
Wen, S.; Ma, Y.; Fan, Y.;Lin, J.; Chen, J.; Li, S.; Pan, H.; Teng, X.; Zhang, S.Chem. Eng. J.2026, 527, 171624.
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725124716
