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

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。

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