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进入二十一世纪，伴随着世界人口和全球工业化进程的快速增长，能源与环境问题日益突出，特别是全球的淡水资源危机，已经刻不容缓。电容去离子(Capacitive deionization，CDI)又称电吸附，它具有脱盐效率高、低能耗、环境友好等优点。随着近几十年碳材料科学的发展，这种新型的脱盐技术受到广泛的关注。CDI技术的出现弥补了传统脱盐技术的缺陷，使低能耗，高效率的脱盐技术具有了实现的可能。所以，深入地展开基于新型碳材料电极的CDI技术的基础理论和实际应用研究，不仅有重要的科学价值，而且在人类社会发展中有着可预见的应用前景和现实意义。在利用电容去离子技术进行脱盐的过程中，电极材料的选择起着重要的作用。论文的研究主要集中在探索石墨烯与不同材料的复合，并用其作为电极材料，系统地研究了该材料的CDI性能。论文的主要研究内容如下:
(1)石墨烯金属氧化物的制备及材料的CDI性能
采用氧化还原法制备了石墨烯和水热法制备了石墨烯氧化铁复合物。研究了石墨烯和石墨烯/氧化铁复合物的形貌、比表面、电化学特性以及石墨烯和石墨烯/氧化铁电极的CDI性能。探讨了石墨烯/氧化铁电极对FeCl3、PbCl2和CdCl2的吸附情况。
研究表明，石墨烯/氧化铁电极对单组份的FeCl3、PbCl2和CdCl2的吸附量大小为:Fe3+＞Pb2+＞Cd2+，与其它两种金属相比，其对Fe3+吸附具有选择性。对三种金属的混合组分吸附时发现，该电极对三种离子的吸附量明显小于单组份情况下的吸附量。分析该电极对FeCl3、PbCl2、CdCl2的吸附曲线发现，石墨烯/氧化铁对它们的吸附规律不同。对FeCl3的吸附既有朗缪尔单层吸附，又有弗伦德里希多层吸附，而对PbCl2和CdCl2的吸附主要是朗缪尔单层吸附。
(2)石墨烯高分子材料的制备及材料的CDI性能
采用化学法制备了石墨烯与树脂复合物，并将其用于CD过程的研究。高分子树脂材料的加入改变了石墨烯的表面结构，使其含有更多有利于离子传输的介孔结构，并使其电化学性能有了很大的提高。与石墨烯和商用的活性炭相比，该电极材料具有更优异的电吸附性能。对电极材料进行的朗缪尔和弗伦德里希等温曲线拟合发现，该电极对NaCl的吸附满足这两种吸附曲线，也就是在吸附过程既有单层吸附又有多层吸附。动力学分析结果表明，随着电压的升高，其电吸附速率和电吸附量增加。
(3)石墨烯水滑石的制备及材料的CDI性能
水滑石由于其自身的二维层状结构及其层间离子的可交换性，具有一定的可调控性能。且其独特的二维层状结构可以与石墨烯的二维层状结构相互结合进而产生更加优异的性能。水滑石的加入明显的使石墨烯层状结构更好的剥离开，从而提高了其电化学性能。在扫描速率为50 mV S-1的情况下，扫描1000圈，其循环伏安性能保持在100％左右，说明其具有很好的稳定性。
(4)石墨烯/碳纤维的制备及材料的CDI性能
采用化学法制备了石墨烯与碳纤维的复合物并运用于CDI过程的研究。研究发现，当碳纤维在复合物电极中的含量为20％时，该复合电极具有最佳的电化学和CDI特性。且碳纤维的加入量不同，会导致其合成材料在形貌上的多样化，很有趣的是在该类电极材料中，其电化学性质与其比表面积不成正相关，通过分析电极材料表面的电阻发现，该材料的电化学性能是由它的表面结构和电阻共同作用的结果。