界面太陽能蒸發(fā)能夠以環(huán)保、高效的方式生產(chǎn)清潔水。采用石墨烯作為光熱轉(zhuǎn)換材料的蒸發(fā)器是界面蒸發(fā)器領(lǐng)域的一個優(yōu)秀范例。然而，現(xiàn)有的石墨烯材料表現(xiàn)出一定程度的疏水性，并且與復(fù)雜的制造工藝有關(guān)。因此，本研究提出了一種含有 CuO 的親水復(fù)合石墨烯基材料，它是通過直接在涂有 CuCl
2 的聚酰亞胺薄膜上進行激光誘導(dǎo)石墨烯合成的簡單方法制成的。由于增強的親水性和分層結(jié)構(gòu)形態(tài)賦予了石墨烯快速的毛細管性能，組裝后的激光誘導(dǎo)石墨烯蒸發(fā)器在太陽光照射下的蒸發(fā)率達到 2.54 kg m
-2 h
-1，蒸發(fā)效率高達 91.1%，同時還表現(xiàn)出卓越的海水淡化能力。制備的石墨烯基蒸發(fā)器在海水淡化和廢水處理應(yīng)用方面具有巨大潛力，為解決偏遠地區(qū)的清潔水挑戰(zhàn)提供了有效的解決方案。
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Fig1 . 激光誘導(dǎo)石墨烯/氧化銅復(fù)合材料的制作過程和樣品的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像。 a) 使用連續(xù)波 CO
2 激光在涂有不同濃度 CuCl
2 溶液的 PI 薄膜上制作激光誘導(dǎo)石墨烯/氧化銅復(fù)合材料的過程。首先，PI 薄膜經(jīng)過等離子體處理。然后，通過旋涂將不同濃度的 CuCl
2 溶液涂在 PI 薄膜上。然后在熱板上對 PI 薄膜進行熱干燥。b-g）用（b-d）0 g L-1（表示為 LIG）、（e-g）200 g L
-1 CuCl
2 溶液（表示為 LIG/CuO-200）處理的激光誘導(dǎo)多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的 SEM 圖像。請注意，所有的 SEM 圖像都是在激光劃線后拍攝的。LIG 和 LIG/CuO-200 樣品都顯示出層次分明的多孔形態(tài)，而 LIG/CuO-200 樣品則裝飾有大量的 CuO 納米顆粒，LIG 樣品的表面缺少這些顆粒（見 (d) 和 (g) 圖像）。
Fig 2. a) 拉曼光譜；b) 根據(jù)拉曼光譜數(shù)據(jù)計算出的 I
D/I
G、I
2D/I
G 和 FWHM；c) 沿 a 軸的晶體尺寸；d) X 射線光電子能譜 (XPS) 測試結(jié)果的調(diào)查光譜；e) LIG/CuO-200 的 Cu 2p XPS 光譜；f) LIG 和多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的傅立葉變換紅外光譜儀 (FTIR)。
Fig 3. a) LIG 和多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的吸光率。與純 LIG 相比，多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的吸光率得到了適度改善。c) 毛細管高度和 d) LIG 和多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的吸水性能。LIG 的內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)和石墨烯表面的 CuO 微簇提高了材料的水傳輸性能。
Fig 4. 多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的光熱轉(zhuǎn)換性能。 a) 在太陽光照射下，表面溫度隨照射時間的增加而變化。表面溫度在 5 分鐘內(nèi)趨于穩(wěn)定。 b) 多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的溫度統(tǒng)計（5-10 分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)用于計算）。由于毛細作用，蒸發(fā)表面兩側(cè)的溫度低于中間的溫度。 d) LIG 和 LIG/CuO-200 分別在 0 秒、10 秒、30 秒和 10 分鐘輻照時間下的紅外圖像。
Fig 5. 基于多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的 ISSG 的蒸發(fā)和海水淡化性能。 a) 陽光照射 1 小時后 LIG 和多孔 LIG/CuO 復(fù)合材料的質(zhì)量變化。蒸發(fā)區(qū)面積為 4 平方厘米，位于東經(jīng) 113.9 度、北緯 22.8 度，沒有任何障礙物。 f) 海水淡化前后實際海水中 Na
+、Mg
2+、K
+ 和 Ca
2+ 離子的濃度。
相關(guān)研究工作由中山大學(xué)Shudong Yu課題組于2024年在線發(fā)表在《AFM》期刊上，Laser-Induced Porous Graphene/CuO Composite for Efficient Interfacial Solar Steam Generation，原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202401149
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
