中國粉體網(wǎng)訊 石墨烯材料具有優(yōu)異的電子傳輸,、導(dǎo)熱,、機械加工性能及高比表面積、高比電容等優(yōu)勢,，在電容去離子技術(shù)（CDI）領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景,。但石墨烯存在層間堆垛現(xiàn)象，導(dǎo)致實際比表面積和比電容遠(yuǎn)小于理論值,，其微孔雙電層也因重疊而減弱,，導(dǎo)致吸附容量降低，限制了石墨烯性能發(fā)揮,，同時其疏水性也限制CDI脫鹽性能,。改進(jìn)石墨烯基電極材料提高CDI脫鹽性能主要從以下幾個方面進(jìn)行：
優(yōu)化石墨烯電極材料設(shè)計
完整的石墨烯表面呈惰性，不易與其他物質(zhì)相互作用,，層間存在較強范德華力,，易產(chǎn)生聚集,，導(dǎo)致石墨烯難融入水及其他溶劑中。通過利用石墨烯邊沿/缺陷處的活性位點,，引入羥基,、羧基、磺酸基等親水基團(tuán)可改變石墨烯的親/疏水性能,。研究發(fā)現(xiàn)磺化改性法,，即含磺酸基官能團(tuán)物質(zhì)與石墨烯/氧化石墨烯反應(yīng)成鍵得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合材料，既可保持石墨烯的原有性能,，又能提高其水中分散性,。
優(yōu)化石墨烯電極材料比表面積/孔隙
比表面積是電極材料的關(guān)鍵性能參數(shù)，比表面積越大,，電極和溶液的接觸面越大,，吸附位點越多，離子吸附量和吸附速率越高,。綜合考慮比表面積和孔隙在CDI脫鹽過程中的不同作用,，需要設(shè)計適宜孔隙結(jié)構(gòu)，只有孔徑大小合理分布才能發(fā)揮石墨烯電極材料的優(yōu)異性能,。常見的方法主要有以下兩種：
三維結(jié)構(gòu)化設(shè)計：將石墨烯材料進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)化設(shè)計,，減弱二維石墨烯材料片層間“層-層”堆垛的影響，提高比表面積,，改善孔隙結(jié)構(gòu),。
多孔碳摻雜：將石墨烯與多孔碳材料進(jìn)行復(fù)合，能夠有效改善石墨烯比表面積/孔隙結(jié)構(gòu),。常見的多孔碳材料有：活性炭,、介孔碳、碳?xì)饽z,、碳納米管,、活性炭納米纖維等。
優(yōu)化石墨烯電極材料導(dǎo)電性
CDI電極應(yīng)選擇具有較高比電容的材料,。同條件下,，電極材料的比電容越高，其雙電層電容越高,，對離子的吸附能力越強,，脫鹽效果越好；同時,，法拉第電容越高,，同等條件下電極的導(dǎo)電性越強，消耗的內(nèi)阻電勢越小，電極離子吸附量越高,。對于石墨烯材料,，目前常用摻雜/負(fù)載導(dǎo)電性物質(zhì)以改進(jìn)其導(dǎo)電性，主要方法包括金屬氧化物的摻雜,、導(dǎo)電聚合物的摻雜和氮摻雜,。
石墨烯/金屬氧化物摻雜：金屬氧化物納米粒子如TiO2、MnO2,、Co3O4,、Fe3O4等嵌入可明顯改善石墨烯電化學(xué)性能，提高電容量,，有效解決團(tuán)聚問題,。
石墨烯/導(dǎo)電聚合物摻雜：導(dǎo)電聚合物是由有延伸的共軛π鍵的高分子主鏈經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)摻雜而顯示半導(dǎo)體甚至導(dǎo)體性質(zhì)的聚合物，石墨烯材料與導(dǎo)電聚合物間的電子傳遞可實現(xiàn)電極材料性能的進(jìn)一步增強與擴展,。
氮摻雜石墨烯基電極：N摻雜除提高材料的導(dǎo)電性,，還可引入大量缺陷結(jié)構(gòu),，產(chǎn)生更多接觸面積,，增強石墨烯材料吸附活性。
促進(jìn)石墨烯基電極吸附材料的大規(guī)模推廣應(yīng)用,，還應(yīng)繼續(xù)探索以下問題：
1)探討制備工藝對石墨烯基材料的影響,，優(yōu)化石墨烯基材料在工藝多樣性條件下的材料性能穩(wěn)定；
2)系統(tǒng)性研究石墨烯基材料的微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)建,，解決團(tuán)聚問題,，設(shè)計并制備高親水性、高比表面積,、合適的孔隙,、高導(dǎo)電性的材料；
3)加強對石墨烯基電極材料綜合性能評估,，CDI電極脫鹽效果受導(dǎo)電性能,、比表面積、孔徑,、電導(dǎo)率,、比電容等綜合影響。
參考資料：
徐斌. 石墨烯基電吸附電極材料的研究進(jìn)展
王雷. 石墨烯基電極材料的設(shè)計和構(gòu)建及其在電容去離子中的應(yīng)用
王鵬君. 親水性石墨烯及其復(fù)合材料的制備與性能研究
