石墨烯電容去離子性能的原子及電子層次理論模擬.pdf

1、隨著社會(huì)重工業(yè)技術(shù)高速發(fā)展和人們需求的不斷提升，工業(yè)污水和生活污水對(duì)有限的可用的淡水資源造成嚴(yán)重污染，從大量的海水中獲取經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的淡水資源成為了眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前海水淡化技術(shù)中蒸餾、電滲析，反滲透和離子交換等方法存在各自的缺點(diǎn)。電容去離子技術(shù)實(shí)現(xiàn)低能耗無(wú)污染成為可能。石墨烯具有較高的比表面積和良好的電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，吸引眾多學(xué)者利用其進(jìn)行電容去離子技術(shù)研究，但是目前對(duì)其除鹽的理論研究較少。本文利用模擬計(jì)算的方法對(duì)其電容性能和脫鹽性能進(jìn)

2、行研究。
　　運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法（LAMMPS）和密度泛函理論（CASTEP）計(jì)算了本征石墨烯的界面電容，通過(guò)對(duì)本征石墨烯電極施加電荷來(lái)模擬充電過(guò)程來(lái)研究與1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM][PF6]）離子液體形成的界面電容。結(jié)果表明，在?a=±0.6 V時(shí)本征石墨烯具有較大的界面電容，約為70 F/g，與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。
　　運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬考察了不同操作條件對(duì)本征石墨烯電容去離子性能的影響。根據(jù)出水口處

3、氯化鈉離子和水分子的數(shù)量比作為除鹽率指標(biāo)，并通過(guò)對(duì)電極表面流體流速和離子吸附量等手段探討了操作條件變化對(duì)除鹽率的影響。結(jié)果表明，增加電極表面電荷密度、減小電極板間距和降低流體流速均提高電容去離子性能。
　　運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬和密度泛函理論計(jì)算了含缺陷石墨烯電極和氮摻雜石墨烯電極的界面電容，計(jì)算結(jié)果與本征石墨烯比較發(fā)現(xiàn)，隨著含缺陷量增加界面電容逐漸降低，氮摻雜量增加界面電容逐漸升高，并且當(dāng)?shù)獡诫s率為4.1％時(shí)，具有較大的界面電容，約