如何改進石墨烯基電吸附電極材料？

　　石墨烯材料具有優(yōu)異的電子傳輸、導熱、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（CDI）領域有廣泛應用前景。但石墨烯存在層間堆垛現(xiàn)象，導致實際比表面積和比電容遠小于理論值，其微孔雙電層也因重疊而減弱，導致吸附容量降低，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行：

優(yōu)化石墨烯電極材料設計

　　完整的石墨烯表面呈惰性，不易與其他物質相互作用，層間存在較強范德華力，易產生聚集，導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，即含磺酸基官能團物質與石墨烯/氧化石墨烯反應成鍵得到結構穩(wěn)定的復合材料，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，需要設計適宜孔隙結構，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：

　　三維結構化設計：將石墨烯材料進行三維結構化設計，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，改善孔隙結構。

多孔碳摻雜：將石墨烯與多孔碳材料進行復合，能夠有效改善石墨烯比表面積/孔隙結構。常見的多孔碳材料有：活性炭、介孔碳、碳氣凝膠、碳納米管、活性炭納米纖維等。

優(yōu)化石墨烯電極材料導電性

      CDI電極應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電性越強，消耗的內阻電勢越小，電極離子吸附量越高。對于石墨烯材料，目前常用摻雜/負載導電性物質以改進其導電性，主要方法包括金屬氧化物的摻雜、導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性能，提高電容量，有效解決團聚問題。

　　石墨烯/導電聚合物摻雜：導電聚合物是由有延伸的共軛π鍵的高分子主鏈經化學或電化學摻雜而顯示半導體甚至導體性質的聚合物，石墨烯材料與導電聚合物間的電子傳遞可實現(xiàn)電極材料性能的進一步增強與擴展。

　　氮摻雜石墨烯基電極：N摻雜除提高材料的導電性，還可引入大量缺陷結構，產生更多接觸面積，增強石墨烯材料吸附活性。

促進石墨烯基電極吸附材料的大規(guī)模推廣應用，還應繼續(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構構建，解決團聚問題，設計并制備高親水性、高比表面積、合適的孔隙、高導電性的材料；

3、加強對石墨烯基電極材料綜合性能評估，CDI電極脫鹽效果受導電性能、比表面積、孔徑、電導率、比電容等綜合影響。