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福州大學(xué)Chao Xu課題組--具有相互交錯(cuò)多孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式氮摻雜石墨烯膜電極用于高效電容去離子化
       獨(dú)立式電極由于不受添加劑影響,被認(rèn)為是電容去離子(CDI)領(lǐng)域的一種理想電極結(jié)構(gòu)。然而,受電導(dǎo)率、可用表面積、親水性等因素的影響,有效構(gòu)建具有高脫鹽性能的獨(dú)立式 CDI 電極仍面臨著巨大挑戰(zhàn)。在此,證明了一種獨(dú)特的氮摻雜石墨烯獨(dú)立式多孔膜電極,具有優(yōu)異的海水淡化性能。制備過程主要包括核-殼復(fù)合材料的組裝(使用壓縮成型方法將不完整的氧化石墨烯殼制成塊狀膜),和NH3氣氛下的熱處理過程。這些帶有空洞和N組分的球殼制成的獨(dú)立式膜電極具有相互交錯(cuò)的多孔結(jié)構(gòu)。其中,相互交錯(cuò)的球殼有效提高了整體組件中表面和孔隙的可用性,而摻N組分進(jìn)一步增強(qiáng)了石墨烯基表面與電解質(zhì)的可接觸面積。因此,這種石墨烯碳質(zhì)獨(dú)立式電極表現(xiàn)出優(yōu)異的水脫鹽性能,在NaCl 溶液中CDI容量約為21.8 mg/g。此外,這種獨(dú)立式膜電極對其他鹽類也具有良好的脫鹽能力,如 KCl、CaCl2 和 MgCl2 ,表明它們在復(fù)雜鹽水溶液中的巨大潛在應(yīng)用價(jià)值。
 
 
Figure 1. 具有3D相互交錯(cuò)多孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式氮摻雜石墨烯膜電極(F-N-GPM)的制備過程示意圖。
 
 
Figure 2. 樣品的 FESEM 圖像。(a) PS@GO復(fù)合粉末。(b) PS@GO組件。(c) 和 (d) F-N-GPM 樣品的表面。圖(c)中的插圖是選定區(qū)域的元素映射。(e) F-N-GPM 的橫截面圖像和 (f)元素映射。
 
 
Figure 3.原始GO片和F-N-GPM樣品的(a)XRD圖譜,(b)拉曼光譜,(c)測量XPS總譜和(d)高分辨N1s XPS光譜。
 

Figure 4.使用F-N-GPM樣品作為獨(dú)立電極的CDI系統(tǒng)示意圖。
 
 
Figure 5. 獨(dú)立電極的脫鹽性能。F-N-GPM和F-GPM電極在不同鹽水濃度下的(a) SECs和(c)電荷效率;在不同電壓下的(b) SECs和(d)電荷效率。(e) F-N-GPM在不同操作時(shí)間下的SECs和充電效率;(f) F-N-GPM 電極在1.8V電位下100mg/L NaCl溶液中的SECs和脫鹽再生曲線。
  
       該研究工作由福州大學(xué)Chao Xu課題組于2021年發(fā)表在Carbon期刊上。原文:Freestanding N-doped graphene membrane electrode with interconnected porous architecture for efficient capacitive deionization。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號

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