巧妙的微結構構建和合理的成分選擇是提高光熱材料性能的有效策略。在此，一種類似花椰菜的分級鎳@石墨烯(Ni@Gr)采用一步電化學法制備了太陽能海水淡化膜，該膜與石墨烯的電化學剝離和石墨烯的共沉積同時進行Ni@Gr材料。仿生的層次結構和化學組成Ni@Gr膜的光吸收率（90.36%）主要是通過引入石墨烯和光的捕集效應來提高的。這個Ni@Gr在模擬（1個太陽）和室外太陽光條件下，膜的蒸發速率分別為2.05和1.16 kg m
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–1。超親水性與水分子的層次結構Ni@Gr膜共同降低了蒸發焓（1343.6 kJ/kg），有利于突破蒸發速率的理論極限（1.47 kg m
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–1）。本研究為仿生金屬-碳復合光熱材料在太陽能水蒸發中的應用提供了理論依據。
圖1. Ni@Gr膜的設計：（a）工作原理Ni@Gr膜。（b和c）分級西蘭花狀結構Ni@Gr。（d）雙重作用機理。（e） 分級結構的光阱效應。（f） Ni@Gr膜的親水性。
圖2. 光熱轉換膜的微觀形態和元素分布：（a）花椰菜。（b） Ni膜的SEM圖像。（c） SEM圖像Ni@Gr膜。（d） TEM圖像Ni@Gr膜。（e至i）C、O和Ni的EDSNi@Gr膜表面。（j）示意圖Ni@Gr一步電化學法制備光熱轉換膜。（k） 電化學裝置。（l） 形態形成示意圖。（m） 掃描電鏡圖像Ni@Gr膜在不同的電化學制備時間下。
圖3. （a） XPS測量光譜Ni@Gr膜。（b） C 1s光譜Ni@Gr膜。（c） Ni 2p譜Ni@Gr膜。（d） 拉曼光譜Ni@Gr膜和鎳膜。（e） 紅外光譜Ni@Gr膜。（f） X射線衍射圖Ni@Gr膜和鎳膜。（g） H
2-TPRNi@Gr膜。（h） Ni@Gr膜的WCA動態。
圖4. 太陽能熱性能Ni@Gr膜：（a）膜的吸收。（b） 膜的反射率。（c） 膜在不同區域的吸收。（d） 太陽光下膜的機理圖。（e） 蒸發器上膜的溫度變化曲線。（f） 太陽能熱性能測試裝置。（g） 蒸發器的紅外熱像。（h和i）濕膜和干膜的紅外熱像。
圖5. 界面蒸發性能Ni@Gr光熱轉換膜：（a）不同光熱轉換膜（1個太陽）的太陽能驅動界面蒸發器的失重曲線。（b） 膜的蒸發速率（1個太陽）。（c） 太陽能-膜的蒸汽轉換效率（1個太陽）。（d） 水分子的拉曼光譜Ni@Gr膜。（e） （f）蒸發過程的歸一化熱損失。（g） 輻照強度對輻射強度的影響Ni@Gr蒸發率。（h） 蒸發速率Ni@Gr膜在不同NaCl濃度下。（i） 海水淡化性能Ni@Gr膜。（j） 摩擦磨損試驗Ni@Gr膜。（k） 界面蒸發過程中的毛細效應。（l） 室外試驗過程中太陽光輻照強度和環境溫度的變化。
相關研究成果由長春工業大學
De Sun課題組2024年發表在
Nano Letters (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01938)上。原文：One-Step Electrochemically Prepared Bionic Hierarchical Nickel Black@Graphene Composite Membrane for Desalination by Solar–Thermal Energy Conversion
轉自《石墨烯研究》公眾號
