石墨烯氣凝膠/MnO2復合材料強化電容去離子性能研究

韓登程，孫雪菲，王曙光

（山東大學環境科學與工程學院，山東青島266237）

水危機已經成為一項世界性難題，如何對海水脫鹽從而加以利用是當下的研究熱點之一。電容去離子（CDI）技術是基于雙電層理論的一項新型脫鹽技術，與反滲透（RO）、電滲析（ED）、離子交換（IE）和納濾（NF）等傳統海水淡化技術相比，具有綠色環保、低成本、易維護和無二次污染等優點，成為近年來國內外研究的熱點之一〔1〕。

高活性的電極材料是CDI技術的核心，直接決定了吸附設備的去離子能力。高比表面積、極好的化學穩定性和親水性都是構成理想去離子電極的必要因素〔2〕。與碳氣凝膠（CA）、活性炭（AC）和介孔碳（MC）等傳統碳基材料相比，石墨烯因具有單層碳原子蜂窩晶體結構、超高的理論比表面積和優異的電化學性能，被認為是理想的CDI吸附電極材料〔3〕。但是石墨烯片層堆疊所導致的電容降低，嚴重制約了石墨烯基材料的性能，而金屬氧化物的引入可有效解決這一問題。在眾多金屬氧化物中，MnO2作為一種環境友好型材料，由于其低成本、高化學穩定性和高電容的特性而備受關注〔4〕。 A.G.El-Deen 等〔5〕將 MnO2納米結構引入石墨烯片層，有效地減少了片層間的堆疊聚集；Lele Peng 等〔6〕制備了二維 MnO2/石墨烯復合納米材料，得到了高性能的柔性超級電容器。

本研究采用水熱法，在合成石墨烯氣凝膠的過程中，在石墨烯片層間引入MnO2，形成一維MnO2納米線，從而有效減弱了片層堆疊效應，提升了復合材料的電化學性能，增加了脫鹽量，并探究了不同電壓、初始鹽濃度和流速對復合材料脫鹽能力的影響。……