独立式电极由于不受添加剂影响，被认为是电容去离子（CDI）领域的一种理想电极结构。然而，受电导率、可用表面积、亲水性等因素的影响，有效构建具有高脱盐性能的独立式 CDI 电极仍面临着巨大挑战。在此，证明了一种独特的氮掺杂石墨烯独立式多孔膜电极，具有优异的海水淡化性能。制备过程主要包括核-壳复合材料的组装（使用压缩成型方法将不完整的氧化石墨烯壳制成块状膜），和NH3气氛下的热处理过程。这些带有空洞和N组分的球壳制成的独立式膜电极具有相互交错的多孔结构。其中，相互交错的球壳有效提高了整体组件中表面和孔隙的可用性，而掺N组分进一步增强了石墨烯基表面与电解质的可接触面积。因此，这种石墨烯碳质独立式电极表现出优异的水脱盐性能，在NaCl 溶液中CDI容量约为21.8 mg/g。此外，这种独立式膜电极对其他盐类也具有良好的脱盐能力，如 KCl、CaCl2 和 MgCl2 ，表明它们在复杂盐水溶液中的巨大潜在应用价值。
 
 
Figure 1. 具有3D相互交错多孔结构的独立式氮掺杂石墨烯膜电极（F-N-GPM）的制备过程示意图。
 
 
Figure 2. 样品的 FESEM 图像。(a) PS@GO复合粉末。(b) PS@GO组件。(c) 和 (d) F-N-GPM 样品的表面。图(c)中的插图是选定区域的元素映射。(e) F-N-GPM 的横截面图像和 (f)元素映射。
 
 
Figure 3．原始GO片和F-N-GPM样品的（a）XRD图谱，（b）拉曼光谱，（c）测量XPS总谱和（d）高分辨N1s XPS光谱。
 

Figure 4．使用F-N-GPM样品作为独立电极的CDI系统示意图。
 
 
Figure 5. 独立电极的脱盐性能。F-N-GPM和F-GPM电极在不同盐水浓度下的(a) SECs和(c)电荷效率；在不同电压下的(b) SECs和(d)电荷效率。(e) F-N-GPM在不同操作时间下的SECs和充电效率；(f) F-N-GPM 电极在1.8V电位下100mg/L NaCl溶液中的SECs和脱盐再生曲线。
  
       该研究工作由福州大学Chao Xu课题组于2021年发表在Carbon期刊上。原文：Freestanding N-doped graphene membrane electrode with interconnected porous architecture for efficient capacitive deionization。

转自《石墨烯研究》公众号