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随着现代核工业的发展，不可避免产生放射性核废物，铯是放射性废液中半衰期较长的高释热核素，也是核污染的主要成份之一，如何经济有效处理、减少对环境造成放射性污染并资源化回收铯离子，是目前研究的热点。
电控离子交换技术（ESIX）是一种环境友好型离子分离技术，通过对膜电极施加一定的氧化还原电位精确控制离子置入和释放，无需化学再生。电控离子交换技术的关键问题是开发对特种离子有选择性的电活性功能膜材料。
本文采用水热法合成了BiOCl纳米片将其并涂覆于电极上制备成了电活性功能膜电极。随后通过电控离子交换实验比较了膜电极对Li+，Na+和Cs+三种离子的电化学吸附性能，研究表明BiOCl对三种离子的吸附选择性顺序依次为Cs+>Na+>Li+。同时，采用密度泛函理论（DFT）进行了吸附能，Mulliken电荷量，磁矩，态密度，差分电荷密度分析和过渡态搜索等理论计算，系统地比较了BiOCl对Li+，Na+和Cs+三种离子的吸附能和不同离子在BiOCl晶体内部迁移机理，结果表明，由于Cs+在BiOCl晶体中同时与Cl和Bi相互作用使其同时具有较高的吸附能和较低的离子迁移能垒，表现出更优的电化学吸附性能，与实验结果相一致。
在前期研究基础上，将通过量化计算得到的理论拓展到BiOX(X=F,Cl,Br,I)体系。首先，通过计算分析Cs+在BiOX四种材料中的吸附能和离子迁移能垒，发现BiOBr相比于其它三种材料表现出对Cs+具有较高的吸附能和较低的离子迁移能垒；进一步的态密度计算分析表明这种强的吸附能力来源于BiOBr导带部分与Cs+更强的轨道杂化。通过选择性计算，表明在Li+,Na+,Cs+三种离子中，BiOBr同样表现出对Cs+最高的吸附能和相对较低的离子迁移能垒。基于前述计算结果，可预测在BiOX系列中BiOBr具有最佳的Cs+吸附性能。为验证以上理论计算结论，采用水热法合成了BiOX系列电活性功能膜，并进行了电化学测试。实验结果表明：BiOBr具有最好的活性，且在Li+、Na+、Cs+三种离子的混合溶液中表现出对Cs+最高的选择性，与理论计算结果一致。
本论文首先通过理论计算解释了实验结果，然后又通过理论计算预测了实验结果，为特种离子选择性吸附的电控离子交换功能膜材料的设计与开发提供了有益的思路。
电控离子交换技术（ESIX）是一种环境友好型离子分离技术，通过对膜电极施加一定的氧化还原电位精确控制离子置入和释放，无需化学再生。电控离子交换技术的关键问题是开发对特种离子有选择性的电活性功能膜材料。
本文采用水热法合成了BiOCl纳米片将其并涂覆于电极上制备成了电活性功能膜电极。随后通过电控离子交换实验比较了膜电极对Li+，Na+和Cs+三种离子的电化学吸附性能，研究表明BiOCl对三种离子的吸附选择性顺序依次为Cs+>Na+>Li+。同时，采用密度泛函理论（DFT）进行了吸附能，Mulliken电荷量，磁矩，态密度，差分电荷密度分析和过渡态搜索等理论计算，系统地比较了BiOCl对Li+，Na+和Cs+三种离子的吸附能和不同离子在BiOCl晶体内部迁移机理，结果表明，由于Cs+在BiOCl晶体中同时与Cl和Bi相互作用使其同时具有较高的吸附能和较低的离子迁移能垒，表现出更优的电化学吸附性能，与实验结果相一致。
在前期研究基础上，将通过量化计算得到的理论拓展到BiOX(X=F,Cl,Br,I)体系。首先，通过计算分析Cs+在BiOX四种材料中的吸附能和离子迁移能垒，发现BiOBr相比于其它三种材料表现出对Cs+具有较高的吸附能和较低的离子迁移能垒；进一步的态密度计算分析表明这种强的吸附能力来源于BiOBr导带部分与Cs+更强的轨道杂化。通过选择性计算，表明在Li+,Na+,Cs+三种离子中，BiOBr同样表现出对Cs+最高的吸附能和相对较低的离子迁移能垒。基于前述计算结果，可预测在BiOX系列中BiOBr具有最佳的Cs+吸附性能。为验证以上理论计算结论，采用水热法合成了BiOX系列电活性功能膜，并进行了电化学测试。实验结果表明：BiOBr具有最好的活性，且在Li+、Na+、Cs+三种离子的混合溶液中表现出对Cs+最高的选择性，与理论计算结果一致。
本论文首先通过理论计算解释了实验结果，然后又通过理论计算预测了实验结果，为特种离子选择性吸附的电控离子交换功能膜材料的设计与开发提供了有益的思路。