Ti3C2Tx MXene雜化水凝膠用於高效產生太陽能蒸汽

2020-11-20 石墨烯聯盟

有效利用豐富的太陽能進行海水淡化和廢水淨化是生產清潔水的可持續技術之一，有助於緩解全球水資源短缺。在本文中，我們將垂直排列的還原氧化石墨烯/Ti3C2Tx MXene（A-RGO/MX）雜化水凝膠與排列的通道作為獨立的太陽能蒸汽產生裝置，以高效地產生太陽能蒸汽。由液氮輔助定向凍結過程生成的垂直排列的通道不僅將水迅速向上傳輸到蒸發表面，以有效地產生太陽能蒸汽，而且還促進通道內太陽光的多次反射，從而有效吸收太陽光。略微減少使RGO具有大量極性基團，有效降低了水汽化焓，從而有效地加速了水汽化。基於Marangoni效應滲透到A-RGO水凝膠內部的MXene片增強了光吸收能力和光熱轉換性能。結果，A-RGO/MX雜化水凝膠在1次太陽照射下實現了2.09 kg·m-2·h-1的水蒸發速率和93.5％的高轉化效率。此外，這種光熱轉化水凝膠可快速淡化海水並淨化廢水，以產生清潔水，其中大多數離子的離子截留率均高達99％以上。

Figure 1. A-RGO/MX混合水凝膠的製造示意圖。

Figure 2. 冷凍乾燥的RGO/MX水凝膠（a,b），冷凍乾燥的A-RGO/MX水凝膠（c,e）的SEM圖像及其（f）C、（g）O和（h）Ti元素。（i）GO粉末，Ti3C2Tx MXene粉末，凍幹的RGO水凝膠和凍幹的RGO / MX水凝膠的FT-IR光譜。（j）拉曼光譜。（k）GO和（l）RGO的C 1s XPS。


Figure 3. （a）A-RGO/MX水凝膠的數碼照片。（b）在220–2,500 nm波長範圍內的吸收光譜（插圖顯示在220–800 nm波長範圍內的吸收光譜）。（c）A-RGO/MX氣凝膠響應光照下溫度曲線的時間軌跡。（d）1、（e）3、（f）5和（g）7光照強度下，A-RGO/MX水凝膠的表面溫度。


Figure 4. 水凝膠的太陽蒸汽產生性能。


Figure 5. （a）太陽熱淨化之前（原始）和之後海水中離子含量的變化。（b）太陽熱淨化後海水的離子排斥率。（c）太陽熱淨化之前（原始）和之後（原始WHO標準在短水平線上），模擬廢水中四個初級離子濃度的變化。（d）太陽熱淨化後海水的離子排斥率。

相關研究成果於2020年由北京化工大學Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu課題組，發表在Nano Research（doi.org/10.1007/s12274-020-2970-y）上。原文：Vertically aligned reduced graphene oxide/Ti3C2Tx MXene hybrid hydrogel for highly efficient solar steam generation。

來源：石墨烯雜誌

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