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水资源短缺是全世界所面临的最严重的问题之一。随着人口增长、工业发展、水资源污染等问题越发严峻,因此解决这一问题也成为人们最迫切的事情之一。目前,最有效获得淡水的方法是海水淡化;其它的传统方法包括反渗透、热蒸发和电渗析等。但是,这些方法具有能耗高、成本高、产生二次污染等缺点。电容去离子技术（CDI）因其低能耗、低成本和低污染等优势,得到越来越多的关注。CDI基于双电层电容理论:在两片多孔电极上施加一定的电压（<2 V）,离子将会吸附到带相反电荷的极板上,在电极/溶液界面形成双电层。脱盐后,将外电压短路或者反接,被吸附的离子会重新回到溶液中,电极得以再生。因此,为实现较高的除盐能力,理想的电极材料应该具有高比表面积、高导电性、适宜的孔洞等优点,以提供较大的双电层电容。与活性炭、碳气凝胶、碳纳米管和碳纤维等传统的碳材料相比,石墨烯水凝胶、多孔碳球及其复合物因具有较高的比表面积、丰富的孔洞结构及其良好的导电性,被认为是一种有潜力的CDI电极材料。本论文主要制备了N掺杂中空介孔碳球和具有面内孔的多孔石墨烯水凝胶的分级多孔复合材料以及化学刻蚀的多孔碳球材料,并系统研究了其结构、电化学性能、除盐性能。本论文的主要研究内容如下:1.本章设计并制备了N掺杂的中空介孔碳球（N-HMCS）和具有面内孔的多孔石墨烯水凝胶的分级多孔复合材料（即N-HMCS/HGH）用于高性能的电容去离子。该N-HMCS/HGH复合材料主要由三个主要步骤构成,包括N-HMCS的制备、具有面内孔的氧化石墨烯片（HGO）的制备和N-HMCS/HGH复合材料一步水热法制备。该复合材料具备以下特点:首先,继承了N-HMCS及HGH中丰富的大孔,介孔和微孔得到3D分级孔结构,从而为离子的吸附提供了大的表面积。同时,N-HMCS中的介孔和石墨烯片中的面内孔一起提供了丰富的离子传输通道。其次,HGH内含由丰富的石墨烯片-石墨烯片接触交联构成的3D网络结构,可以提供大量固有的电子通路。这不仅赋予复合材料高导电性,而且避免电极粘合剂的使用。最后,N掺杂可以改善N-HMCS/HGH复合材料的导电性和亲水性,从而提高了EDL电容。由于这些独特的特性,N-HMCS/HGH复合材料在0.5 M NaCl溶液中的比电容达到226.5 F·g-1,并在初始浓度为500和2500 mg·L-11 NaCl溶液中分别取得了17.8和32 mg·g-1的盐吸附量。经过35个CDI循环之后,N-HMCS/HGH的电吸附能力并没有明显的衰减,表明良好的循环稳定性。这些结果表明N-HMCS/HGH是非常有潜力的CDI电极材料。2.在成功制备中空介孔碳球的基础之上,用H2O2进一步刻蚀制备了一系列表面粗糙的多孔碳球（ECS）。本章通过改变温度及H2O2的含量对刻蚀程度进行了调控,最终H2O2与多孔碳球的比例为10:1,在120℃水热8 h制备了具有高性能的ECS并将其命名为ECS-100。论文通过SEM、TEM、EDS、Mapping、N2吸-脱附曲线、Raman、XRD和接触角测试对ECS进行了物理表征,通过CV、EIS分析了ECS-100的电化学性能。最后将其组装成CDI器件,详细研究了其电吸附量、平均吸附速率、电荷效率和循环稳定性等性能。结果表明,经过H2O2刻蚀之后,ECS-100的比表面积可达1995 m2·g-1,孔体积高达4.26 cm3·g-1,提供了更多的离子吸附位点,并且丰富的孔洞结构减小了盐离子的传输阻力;同时增加了ECS-100表面的含氧官能团,改善其亲水性,大大增加了电极材料与盐溶液的有效接触面积。基于这些特点,ECS-100在0.5 M NaCl中的比电容达到186 F·g-1,并在初始浓度为50 mg·L-11 NaCl溶液中盐吸附量、吸附速率和电荷效率分别为6 mg·g-1、0.5 mg·g-1·min-1和29.3%,经过10个吸脱附循环之后,电导率几乎没有变化,表明其具有较好的稳定性。