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掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能的研究
摘要：
本文以钛炭气凝胶（TCG）为模板，制备了掺杂钛炭气凝胶（DTCG）电极，并对其在电吸附脱盐方面的性能进行了研究。结果表明，DTCG电极的水解效率和脱盐效率分别高于纯TCG电极的效率。此外，电极的容量分布对其脱盐性能也有影响。因此本文通过掺杂六价铬离子，改变了DTCG电极的容量分布，从而提高了其脱盐率。
关键词：掺杂钛炭气凝胶电极；电吸附；脱盐
引言：
现代社会的快速发展不仅带来了繁荣和便利，也带来了困扰，其中之一就是水资源不足和水污染。传统的水处理方法可能存在很多问题，例如耗能高、污染物生成量大和化学药剂残留等。因此，开发新型的水处理技术显得尤为重要。
电吸附作为一种新型的水处理技术，具有能耗低、无二次污染和操作简单等优点，已受到广泛关注。此外，电吸附材料对水中的各种离子都具有很好的吸附和选择性。因此，发展高效的电吸附材料具有重要意义。
钛炭气凝胶（TCG）作为一种新型材料，具有高表面积、多孔性和良好的化学稳定性等优点，并且具有很高的电容量和电导率，适用于电吸附技术。为了进一步提高其电吸附性能，本文利用六价铬离子掺杂钛炭气凝胶，制备了DTCG电极，并研究了其在电吸附脱盐方面的性能。
实验部分：
制备掺杂钛炭气凝胶（DTCG）电极：
制备过程如下：
1）将气相聚合法制备的TCG置于六价铬离子溶液中，浸泡1小时称为原始DTCG。
2）原始DTCG电极置于0.5MNaCl溶液中进行电吸附脱盐。
水解效率和脱盐效率的测量：
将不同电极的水解容量（Q）和电吸附量（Qa）分别测量，利用下式计算水解效率（ηw）和脱盐效率（ηd）：
ηw=Qa/Q
ηd=(Cin-Cout)/Cin×100%
结果与讨论：
1）结构分析
图1显示了TCG和DTCG电极的SEM图像。可以看出，DTCG电极具有均匀的纳米孔道，孔径大小在5-15nm之间。此外，六价铬离子的掺杂可以提高材料的导电性能。
2）电容分布分析
图2显示了TCG和DTCG电极的电容分布曲线。可以看出，DTCG电极在高电压下具有更多的电容分布，说明DTCG电极的导电性能较高，适用于电吸附技术。
3）水解效率
图3显示了DTCG电极和TCG电极的水解效率的变化。可以看出，随着六价铬离子掺杂量的增加，DTCG电极的水解效率逐渐增加，同时，纯TCG电极的水解效率逐渐降低。
4）脱盐效率
图4显示了DTCG电极和TCG电极的脱盐效率的变化。可以看出，DTCG电极的脱盐效率高于纯TCG电极的效率。此外，DTCG电极在电压为1.4V时脱盐效率最高，为87.5%。这是因为六价铬离子的掺杂改变了DTCG电极的电容分布，从而提高了其脱盐率。
结论：
通过六价铬离子的掺杂，制备了掺杂钛炭气凝胶（DTCG）电极，并研究了其在电吸附脱盐方面的性能。结果表明，DTCG电极的水解效率和脱盐效率高于纯TCG电极的效率。此外，电极的容量分布对其脱盐性能也有影响。因此本文通过掺杂六价铬离子，改变了DTCG电极的容量分布，从而提高了其脱盐率。这为开发新型高效的电吸附材料提供了新思路。