北理工曲良體教授:垂直排列的石墨烯薄膜實現高效太陽能水蒸發

2021-02-08 高分子科技

北京理工大學化學與化工學院曲良體教授課題組近日在ACS Nano上發表了相關文章Vertically Aligned Graphene Sheets Membrane for Highly Efficient SolarThermal Generation of Clean Water。文中利用單軸定向冷凍的思路，將GO混合溶液通過冷凍、乾燥、煅燒的方法，最終形成長程有序的垂直排列管狀結構。利用該種特殊管狀結構，作為水蒸發的傳送通道，實現在太陽能等光源下，水分高效快速地蒸發。基於還原氧化石墨（rGO）一些獨特的性質，得到的VA-GSM（Vertically aligned graphene sheets membrane）膜具有很高的吸光率和超高穩定性。

經過測試，該膜分別在一個光源和四個光源的情況下，水的蒸發率能達到1.62 kg· m-2·h-1和6.25 kg·m-2·h-1，其太陽能轉換率分別可達到86.5%和94.2%，這比以往報導過的大多數碳材料的太陽能轉化率都要高。而這種用途對於緩解水資源危機起到了很好的作用，它可以將不同來源的水（海水、廢水以及濃酸、濃鹼溶液）高效快速地轉化為淨水。在之前相關方面的研究中，採用的材料為3D陽極氧化鋁膜、聚吡咯沉積不鏽鋼網、基於金納米顆粒薄膜的無塵紙等，它們不能在有機、強腐蝕性酸和強鹼等惡劣環境中使用，因此不能實現產業的規模化。而文中得到的VA-GSM材料具有高孔隙率、高吸光率，而且在惡劣環境中也能夠穩定存在（能承受3000 oC的高溫以及-196 oC的低溫），優勢十分明顯。

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