獨立式電極由于不受添加劑影響，被認為是電容去離子（CDI）領域的一種理想電極結構。然而，受電導率、可用表面積、親水性等因素的影響，有效構建具有高脫鹽性能的獨立式 CDI 電極仍面臨著巨大挑戰。在此，證明了一種獨特的氮摻雜石墨烯獨立式多孔膜電極，具有優異的海水淡化性能。制備過程主要包括核-殼復合材料的組裝（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立式膜電極具有相互交錯的多孔結構。其中，相互交錯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組分進一步增強了石墨烯基表面與電解質的可接觸面積。因此，這種石墨烯碳質獨立式電極表現出優異的水脫鹽性能，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 ，表明它們在復雜鹽水溶液中的巨大潛在應用價值。
Figure 1. 具有3D相互交錯多孔結構的獨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樣品作為獨立電極的CDI系統示意圖。
Figure 5. 獨立電極的脫鹽性能。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Chao Xu課題組于2021年發表在Carbon期刊上。原文：Freestanding N-doped graphene membrane electrode with interconnected porous architecture for efficient capacitive deionization。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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