深圳大學《ACS Appl. Mater. Interfaces》:氮摻雜超溼,隔熱和彈性石墨烯氣凝膠,可高效產生太陽能蒸汽

2021-03-02 材料分析與應用

通過去除含氧官能團，已報導了在惰性氣體中進行熱處理以改善碳材料的疏水性。本文，深圳大學謝楊蘇課題組在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊發表名為"Nitrogen-Doped Unusually Superwetting, Thermally Insulating, and Elastic Graphene Aerogel for Efficient Solar Steam Generation"論文，研究報告了氮摻雜石墨烯氣凝膠（NGA）的相反現象。隨著熱處理溫度從200升高到1000°C，NGA變得越來越親水，在空氣中保持數周的超溼性。為了發現這種異常現象，通過實驗和MD模擬研究了氮摻雜的影響。進一步詳細研究了暴露於空氣和空氣溼度的影響，以清楚地說明整個物理圖像。超溼行為歸因於水分子優先吸附在氮摻雜位點上，這大大抑制了空氣中碳氫化合物的吸附。

圖1.（a）示出了NGA的製造的示意圖。

（c）NGA-600在30、50、70和90％的不同最大應變下的應力-應變曲線，（d）在50％的最大應變下10個周期的應力-應變曲線。（c）和（d）的加載速率均設置為60 mm·min –1。

圖2.水熱和後續熱退火過程中的結構演變。

圖3.（a）基於XPS光譜分析的表面O和N元素組成

（b–e）從200到1000°C的GA和NGA的反卷積N 1s XPS光譜。（f）基於去卷積的N 1s結果，不同的氮鍵對退火溫度的原子組成。

圖4.（a）GA和（b）NGA-600的相機照片和後退的水接觸角圖像。（c）GA，（d）NGA-200，（e）NGA-400和（f）NGA-600表面上的液滴浸漬過程的高速相機照片。

圖5.（a）NGA-600和RGA的後退WCA與熱退火溫度的比較，顯示了氮摻雜的影響。（b）根據MD模擬，氮摻雜的石墨烯的固有表面自由能相對於吡啶N和石墨N的原子比。（c）相對溼度分別為80％和10％的空氣中NGA-600的WCA演變。（d）NGA超溼行為的基本機制的示意圖。

圖6.（a）光密度為1 kW m –2時質量損失與照射時間的關係。

（b）1次太陽照射下的白水，GA水和NGA-600水的蒸發速度（y軸）和能量轉換效率（y軸）。（c）1次日光照射下NGA-600的10個循環的太陽蒸汽產生性能。

總之，具有氮摻雜結構的超溼和機械堅固的石墨烯氣凝膠。使用SEM，TEM，XRD，拉曼和XPS光譜對NGA的N摻雜結構的演化進行了詳細描述。

文獻：

來源：文章來自ACS Appl. Mater. Interfaces網站，封面圖片來自百度，由材料分析與應用整理編輯。

版權與免責聲明：

① 凡本網註明"材料分析與應用"的所有作品，版權均屬於材料分析與應用，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。已獲本網授權的作品，應在授權範圍內使用，並註明"來源：材料分析與應用"。違者本網將追究相關法律責任。

② 本網凡註明"來源：xxx（非本網）"的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責，且不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。如其他媒體、網站或個人從本網下載使用，必須保留本網註明的"稿件來源"，並自負版權等法律責任。

③ 如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發表之日起三日內與本網聯繫，否則視為放棄相關權利。

相關焦點

  • 北京化工大學:基於3D石墨烯氣凝膠壓阻傳感器
    Aerogel for Piezoresistive Sensor」的研究論文，設計了一種新型的具有3D互連的分層微觀結構的納米纖維增強石墨烯氣凝膠。石墨烯氣凝膠通常通過氧化石墨烯的還原與冷凍乾燥製備的。但是，氧化石墨烯在製備過程中容易發生團聚，使得氣凝膠孔隙結構不穩定，在較大形變使用時容易發生坍塌，限制其在壓阻傳感器領域的應用。目前，通過控制石墨烯氣凝膠的孔隙結構、對石墨烯進行化學改性、引入納米材料等多種方法來提高石墨烯氣凝膠的傳感性能。此外，研究表明，不同納米材料的引入可協同提高石墨烯氣凝膠的感應性能和力學性能。
  • 國內科研機構氣凝膠最新研究成果梳理
    氣凝膠現在在很多領域都得到利用。作為隔熱材料能有效地透過太陽光，並阻止環境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建築物節能方面已經得到應用。在儲能器件方面由於矽氣凝膠的納米網絡內形成量子點結構，化學氣相滲透法摻Si及溶液法摻C60的結果表明，摻雜劑是以納米晶粒的形式存在，並觀察到很強的可見光發射，為多孔矽的量子限制效應發光提供了有力證據。
  • 《納米快報》高介孔碳/硫石墨烯氣凝膠,穩定鋰硫電池約束基質
    他們報告了一種穩固的3D石墨烯包裹，氮摻雜，高介孔碳/硫（G-NHMC/S）分層氣凝膠的製作工藝，該氣凝膠是一種高度穩定的Li-S電池的有效聚硫化物限制基質。NHMC的豐富極性位點將LiPSn牢固地錨定在基質表面上。多孔NHMC為容納硫和緩衝其體積膨脹提供了充足的空間。此外，包裹在NHMC/S上的石墨烯不僅在物理上阻礙了LiPSn穿梭，而且使分離的NHMC/S相互連接，從而提高了電子傳輸速率。
  • 研究人員3D列印石墨烯氣凝膠 製成超級電容器電極
    （原標題：研究人員3D列印石墨烯氣凝膠 製成更好的超級電容器電極） 據外媒報導，研究人員正在使用3D列印，為超級電容器開發具有每單位表面積電荷存儲最高的電極。
  • 碳點高效氧光敏:氮摻雜很給力
    氮摻雜碳點（N-CDs）具有優異的光學性能、穩定性及生物相容性，已廣泛用於生物成像、納米傳感、光催化等領域。根據相關文獻和本課題組的前期工作，已證實 N-CDs 作為一種新型碳基光敏劑，具有出色的光敏性能[1]。然而遺憾的是，其結構與高效光敏性能間的內在聯繫尚未完全明晰。據報導，氮摻雜（主要包括石墨氮、吡啶氮、吡咯氮）可有效地調節 N-CDs 的 螢光[2]。
  • 全固態柔性鋁空氣電池的磷摻雜碳點/石墨烯氣凝膠上的氧還原反應
    但是，金屬空氣電池中所需的ORR性能通常受到適度的電催化活性和缺乏實現良好分散性的方法的限制。為了解決這些問題，一種生物質衍生方法可實現碳點的原位磷摻雜（P摻雜）並同時裝飾在石墨烯基體上。獲得P摻雜碳點/石墨烯（P-CD / G）納米複合材料，可以達到碳納米材料的超高P摻雜水平。
  • 《材料化學》協調納米碳氣凝膠的電和太陽能加熱效率
    納米碳氣凝膠也已經被反覆研究為用於太陽能蒸發的太陽能熱轉換材料，這是一種對水脫鹽，液相分離和滅菌應用非常重要的新興技術。在這些研究中，熱量是通過吸收太陽光產生的。吸收光時產生的熱量可用於促進水蒸發（產生太陽能蒸汽）。這種方法通常需要多孔的太陽能熱轉換材料，這些材料可能會漂浮在水面的頂部，這樣太陽輻照產生的熱量就可以直接促進水的蒸發，從而總體上減少了工藝時間並降低了能源成本。
  • Mater. 最新石墨烯綜述:石墨烯材料亞臨界水熱/溶劑熱處理法的最新進展
    圖1. 水熱反應機理及分子脫水示意圖3.2 原子摻雜石墨烯片實現氮摻雜石墨烯片的方法包括大功率電加熱、熱退火和化學氣相沉積，通常以氨氣作為氮源。但是這些方法往往需要較高的溫度，從而限制了這些方法的使用。而水熱/溶劑熱法可以在低溫下有效地實現氮摻雜，該方法基於含氮的前驅物如氨、肼、尿素等的使用上，同時實現GO的還原和氮的摻雜。
  • 研究人員以硼/氮共摻雜實現石墨烯能隙
    韓國蔚山科技大學(UNIST)的研究人員們宣稱開發出一種可大量生產硼/氮共摻雜石墨烯奈米微板的方法，從而可實現基於石墨烯的場效電晶體(FET)製造與設計。
  • 陳永勝教授《ACS Nano》:基於石墨烯的用於海水淡化和淨化的獨立太陽能轉換器
    for Water Desalination and Purification」的研究論文，報導了基於石墨烯的用於海水淡化和淨化的獨立太陽能轉換器的最新研究進展。研究人員向我們展示了一個極其簡單和獨立的太陽能轉換器，它僅由一個預製的3D交叉連接的蜂窩石墨泡沫材料組成，沒有任何其他的輔助組件。這種簡單的一體化材料可以作為一種理想太陽能熱轉換器，能夠捕獲太陽光並轉化為熱量，從而將來自各種水源的水分蒸發並在環境條件下產生純淨水，太陽能通量也非常低、高效率。這種可伸縮的材料被用於在環境條件下從海水和汙水中獲得純淨的飲用水。
  • 劉忠範課題組和彭海琳課題組在氮摻雜石墨烯大單晶製備取得新進展
    因此，如何實現高效的骨架摻雜仍是石墨烯領域的研究瓶頸。文章指出，骨架摻雜可以維持高載流子遷移率的主要原因為：（1）骨架摻雜的氮原子在石墨烯的晶格中以團簇形式存在，可以有效降低摻雜原子對石墨烯的載流子的散射；（2）氧氣選擇性刻蝕可以消除吡啶氮和吡咯氮等破壞石墨烯晶格的摻雜類型
  • 氣凝膠行業深度報告:一個百億美元空間的新材料賽道
    氣凝膠的種類氣凝膠可分為無機氣凝膠、有機氣凝膠、混合氣凝膠和複合氣凝膠。常見的氣凝膠 主要是矽氣凝膠、碳氣凝膠和二氧化矽氣凝膠，新進發展的氣凝膠主要是氧化石墨 烯氣凝膠、富勒烯氣凝膠和纖維/二氧化矽氣凝膠。
  • ACS Appl. Mater. Interfaces | 藝術就是「爆炸」
    更為可怕的是，綠膿桿菌屬於「超級細菌」的一員，具有多重抗藥性，就是說單一的抗生素治療並沒辦法殺死它，而且會快速產生耐藥性。2020年，南京醫科大學江寧附屬醫院發表了一篇關於治療肺部感染銅綠假單胞菌的文章——《Alginate Lyase Guided Silver Nanocomposites for Eradicating Pseudomonas aeruginosa from Lungs》（IF18.7)。——ACS Appl. Mater.
  • 蘇州大學:以硅藻土製備氮摻雜的MoSe2 /石墨烯複合材料
    本文要點：採用硅藻土模板合成路線設計新穎的3D生物形態氮摻雜MoSe 2 /石墨烯（N-MoSe 2 / G）納米結構，用於高級鉀離子存儲的陽極。最近，二硒化鉬（MoSe 2）被公認為是鉀離子電池的有希望的負極材料，具有高容量和良好的循環穩定性。但是，到目前為止幾乎沒有證明基於MoSe 2的KIC 。本文設計了一種以硅藻土為模板的合成策略來製備氮摻雜的MoSe 2 /石墨烯（N-MoSe 2/ G）具有良好贗電容鉀存儲能力的複合材料，其目標是KIC的優質陽極材料。
  • 蘇州大學王曉沁團隊《ACS Nano》:低密度天然絲納米纖維氣凝膠用於...
    其中，由可生物降解材料（尤其是天然生物材料）製備的氣凝膠由於具備可持續性、無毒性、易修飾性、組織再生等優勢，有望在食品、空氣/水淨化和生物材料中得到應用。然而，該類由天然生物材料製備的氣凝膠機械強度相對較低，而且該過程難免涉及到有機溶劑和有毒化學品的使用，導致其製備和應用均受到很大的限制。
  • 氣凝膠小腳褲、艾絨背心……保暖「神器」熱賣!專家說……
    在眾多產品中，氣凝膠小腳褲和艾草背心成功脫穎而出。氣凝膠小腳褲可承受-196℃的嚴寒在某網絡購物平臺上，只要搜索關鍵詞「氣凝膠保暖褲」和「艾絨背心」就可以輕鬆搜索到這些產品，且銷量不俗。氣凝膠材質的衣物也並不便宜。氣凝膠小腳褲在網店標價基本在200-300元/條，如果是氣凝膠材質的防寒外套，叫價則高達上千元。可祛寒除溼的艾絨背心另一款號稱有各功效的艾絨背心，賣得也很火爆。商家稱將艾葉製成艾絨入衣，有通經活絡、溫經止血、祛溼散寒的功效，尤其適合體質虛寒的人。
  • 暨南大學:3D木棉纖維氧化石墨烯氣凝膠的製備及油水分離
    低成本和高效吸附劑的使用是最有效的方法之一。氣凝膠。將用作骨架的木棉纖維嵌入石墨烯網絡中，以成功形成3D氣凝膠結構。TKF-rGO氣凝膠具有低密度，出色的機械強度，高熱穩定性和高疏水親脂性的特點。此外，當與真空系統連接時，氣凝膠可以實現油水的連續分離。TKF-rGO氣凝膠對各種普通油品和有機溶劑的吸附能力分別比純rGO氣凝膠高1.5倍和聚丙烯熔噴的6倍。
  • 烯時代純石墨烯能量房,引領居家健康生活新方式!
    2015年，由石墨烯產業奠基人馮冠平教授創立的烯旺科技在深圳成立並率先發明了一種純石墨烯發熱膜技術，在全球率先將石墨烯實現應用化，並基於此拓展向更多應用領域，如養護護具、智能家紡、發熱服飾、醫療器械等領域，創立品牌「烯時代」，建立了石墨烯發熱應用、遠紅外醫療、能量房等領域完整的研發、生產平臺。而純石墨烯能量房，就是石墨烯應用化的代表性產品之一。
  • 天津大學《ACS Sustainable Chem. Eng》:簡易合成高性能氮摻雜...
    本文要點：以聚丙烯醯胺（PAM）為碳源和氮源的一鍋法合成氮摻雜的分級多孔碳。1成果簡介天津大學化工學院彭文朝副教授團隊在《ACS Sustainable Chem.Eng》期刊發表名為「Facile Synthesis of High-Performance Nitrogen-Doped Hierarchically Porous Carbon for Catalytic Oxidatio」的論文，研究使用硝酸鈉（NaNO3）作為模板，聚丙烯醯胺作為氮和碳的前體，製備具有超高比表面積（SSA）的氮摻雜的多孔碳。
  • 鈣鈦礦材料的製備方法含溶膠-凝膠法、水熱合成法、高能球磨法
    按研究對象和目的不同，水熱法可分為單晶培育、水熱合成、水熱反應、水熱熱處理、氧化反應、沉澱反應、水熱燒結及水熱熱壓反應等。利用水熱法可對材料的晶化度、粒度和形貌進行控制合成，以製備超細、無團聚或少團聚的材料，以及生長單晶球形核殼材料等鈣鈦礦材料，但不適用於對水敏感的初始材料的製備高能球磨法高能球磨法(HEM法)是利用球磨機的轉動或振動使介質對粉體進行強烈的撞擊、研磨和攪拌, 把粉體粉碎成納米級粒子，利用其高速旋轉時所產生的能量使固體物質粒子間發生化學反應。