調(diào)整太陽能蒸發(fā)器的表面形貌對于提高光吸收和提高太陽能轉(zhuǎn)化為蒸汽的效率具有重要意義。在此，報道了一種通過靜電組裝結(jié)合苯胺原位聚合來調(diào)控氧化石墨烯 (GO) 表面形貌的新策略。GO 表面與聚苯胺 (PANI) 納米錐陣列完全混合，呈現(xiàn)出具有高度可折疊配置的周期性結(jié)構(gòu)。此外，PANI 陣列可調(diào)節(jié) GO 的表面化學(xué)性質(zhì)并延緩 GO 在水中的再分散，從而實現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)合材料 (PG) 堅固的結(jié)構(gòu)耐久性。具有這些有趣的屬性，當(dāng)在純水中用作蒸發(fā)器時，PG 的蒸發(fā)性能提高到 1.42 kg m
−2 h
−1一次太陽光照下蒸發(fā)效率高達(dá)96.6%。進(jìn)一步的研究表明，聚苯胺在 GO 表面的周期性錐形結(jié)構(gòu)通過多次反射增強(qiáng)了光吸收并促進(jìn)了熱定位。脫鹽試驗證實了 PG 在實際淡水生產(chǎn)中的可靠性。數(shù)值模擬和光學(xué)顯微鏡觀察顯示了表面形貌強(qiáng)化的蒸汽生成效應(yīng)。這項研究為合理控制用于高效太陽能蒸發(fā)的光熱材料表面形貌提供了新思路。
Figure 1. 用于太陽能蒸發(fā)的表面改性 PG 復(fù)合材料的示意圖。a) 表面改性 PG 復(fù)合材料，i) 原始 GO，ii) 分布不均勻，iii) PANI 在 GO 表面均勻分布。b) GO 和 PG 上的光和熱分布。c) 平面GO（左）和圓錐面PG-10（右）蒸氣分布的數(shù)值模擬。
Figure 2. PG-X形貌的調(diào)控機(jī)制。a) PG-X 制備路線的示意圖，i) 通過靜電相互作用在 GO 上使苯胺成核，和 ii) 通過原位聚合在 GO 上垂直 PANI 陣列的生長機(jī)制。b) 苯胺的氧化聚合機(jī)理。
Figure 3. PG-X 復(fù)合材料的形貌。a) GO、b) PANI、c) PG-1、d) 和 e) PG-10、f) PG-50 的 SEM 圖像。
Figure 4. PG-X 復(fù)合材料的光學(xué)和熱性能。a) 波長范圍為 200 nm 至 2500 nm 的各種樣品的 UV-vis-NIR 光譜，由標(biāo)準(zhǔn)氣團(tuán) 1.5 全球 (AM 1.5 G) 太陽光譜（紫色區(qū)域）加權(quán)。b) 各種樣品在808 nm激光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能。c) PG-10 在五次加熱-冷卻過程中的抗光漂白行為。d) PG-10、GO 和 PANI 薄膜的溫度在一次陽光照射下作為時間的函數(shù)。e) PG-10薄膜在0 s、30 s和90 s照射時間下的紅外熱像。
相關(guān)研究工作由北京化工大學(xué)Jieshan Qiu課題組于2022年在線發(fā)布于《Adv. Funct. Mater》期刊上，原文：Topographic Manipulation of Graphene Oxide by Polyaniline Nanocone Arrays Enables High-Performance Solar-Driven Water Evaporation。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
