基于微納米多孔材料的光熱界面蒸發(fā)是利用低密度太陽能實現(xiàn)水凈化的有效節(jié)能新策略，但仍然存在許多挑戰(zhàn)，特別是在制備納米結(jié)構(gòu)以提高性能方面。本文，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所Fenghua Liu等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High-Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation”的論文，研究提出一種新方法制備石墨烯多孔碳復(fù)合材料和光熱裝置，用于高性能太陽能熱界面蒸發(fā)。
納秒激光可以非常方便地在生物質(zhì)單片多孔碳表面制備石墨烯層，形成堅固的多孔石墨烯-多孔碳復(fù)合材料。借助激光，表面石墨烯具有特殊的微觀陣列結(jié)構(gòu)，有助于增強(qiáng)對廣譜太陽光的吸收。它可以將光吸收能力提高4%，同時顯著改善光熱界面蒸發(fā)。在標(biāo)準(zhǔn)陽光照射（1kWm -2）下，蒸發(fā)率可達(dá)1.736kg m-2h-1，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)98.7%。這種性能約是自然水蒸發(fā)的3.5 倍（約0.5 kgm-2h-1）。借助激光，不僅可以從廣泛使用的生物質(zhì)碳中直接、輕松地制備大面積多孔石墨烯，而且成本低廉，更重要的是，還可以同時形成碳基超表面。它代表了石墨烯制造和太陽能熱界面蒸發(fā)的一大步。
圖1、a) 激光輔助制備LMPC的方案和光捕獲增強(qiáng)的可能原理。
b) 使用LMPC的海水太陽能熱蒸發(fā)示意圖。
c) 自浮式 LMPC 裝置的結(jié)構(gòu)。
d) “SIOM”圖案可以通過激光直寫MPC表面形成。
e) LMPC 樣品的照片。
圖2、微觀結(jié)構(gòu)
圖3、a) X 射線 ptychography 成像裝置示意圖。通過逐層X射線掃描，可以觀察到微米級通道的分布，再通過3D重建，可以完整觀察到材料內(nèi)部通道分布和孔隙方向的細(xì)節(jié)。b) X 射線 ptychography 成像顯示的大塊 MPC 中的多孔結(jié)構(gòu)和通道。圖中可見大量微米級孔隙（淺色區(qū)域），為液態(tài)水的傳導(dǎo)和蒸汽逸出提供多種通道，促進(jìn)界面蒸發(fā)。
圖4、a) MPC 和 LMPC 的 X 射線光電子能譜 (XPS) 測量光譜。b) LMPC的C1s的高分辨率 XPS光譜。c) MPC 和 LMPC 的拉曼光譜。d) MPC 和 LMPC 的 FTIR 光譜。
圖5、a) MPC 和 LMPC 的太陽能吸收范圍為 300 到 2500 nm。b) MPC和LMPC器件在不同太陽能照射下隨時間的平均表面溫度曲線。c) MPC 和 LMPC 設(shè)備的紅外照片。d) LMPC 的潤濕性。e) LMPC 太陽能熱蒸發(fā)裝置模型的 3D 截面圖。f) 用 COMSOL 模擬的溫度分布顯示了 LMPC 表面的集中熱量，實現(xiàn)了局部熱管理。
圖6、光熱界面蒸發(fā)性能。
文獻(xiàn)：
https://doi.org/10.1002/admt.202101052
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