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北京化工大學Jieshan Qiu課題組--聚苯胺納米錐陣列對氧化石墨烯的形貌控制可實現(xiàn)高性能的太陽能驅(qū)動水蒸發(fā)
       調(diào)整太陽能蒸發(fā)器的表面形貌對于提高光吸收和提高太陽能轉(zhuǎn)化為蒸汽的效率具有重要意義。在此,報道了一種通過靜電組裝結(jié)合苯胺原位聚合來調(diào)控氧化石墨烯 (GO) 表面形貌的新策略。GO 表面與聚苯胺 (PANI) 納米錐陣列完全混合,呈現(xiàn)出具有高度可折疊配置的周期性結(jié)構(gòu)。此外,PANI 陣列可調(diào)節(jié) GO 的表面化學性質(zhì)并延緩 GO 在水中的再分散,從而實現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)合材料 (PG) 堅固的結(jié)構(gòu)耐久性。具有這些有趣的屬性,當在純水中用作蒸發(fā)器時,PG 的蒸發(fā)性能提高到 1.42 kg m −2 h −1一次太陽光照下蒸發(fā)效率高達96.6%。進一步的研究表明,聚苯胺在 GO 表面的周期性錐形結(jié)構(gòu)通過多次反射增強了光吸收并促進了熱定位。脫鹽試驗證實了 PG 在實際淡水生產(chǎn)中的可靠性。數(shù)值模擬和光學顯微鏡觀察顯示了表面形貌強化的蒸汽生成效應(yīng)。這項研究為合理控制用于高效太陽能蒸發(fā)的光熱材料表面形貌提供了新思路。
  
Figure 1. 用于太陽能蒸發(fā)的表面改性 PG 復(fù)合材料的示意圖。a) 表面改性 PG 復(fù)合材料,i) 原始 GO,ii) 分布不均勻,iii) PANI 在 GO 表面均勻分布。b) GO 和 PG 上的光和熱分布。c) 平面GO(左)和圓錐面PG-10(右)蒸氣分布的數(shù)值模擬。
      
Figure 2. PG-X形貌的調(diào)控機制。a) PG-X 制備路線的示意圖,i) 通過靜電相互作用在 GO 上使苯胺成核,和 ii) 通過原位聚合在 GO 上垂直 PANI 陣列的生長機制。b) 苯胺的氧化聚合機理。
  
Figure 3. PG-X 復(fù)合材料的形貌。a) GO、b) PANI、c) PG-1、d) 和 e) PG-10、f) PG-50 的 SEM 圖像。
      
Figure 4. PG-X 復(fù)合材料的光學和熱性能。a) 波長范圍為 200 nm 至 2500 nm 的各種樣品的 UV-vis-NIR 光譜,由標準氣團 1.5 全球 (AM 1.5 G) 太陽光譜(紫色區(qū)域)加權(quán)。b) 各種樣品在808 nm激光照射下的光熱轉(zhuǎn)換性能。c) PG-10 在五次加熱-冷卻過程中的抗光漂白行為。d) PG-10、GO 和 PANI 薄膜的溫度在一次陽光照射下作為時間的函數(shù)。e) PG-10薄膜在0 s、30 s和90 s照射時間下的紅外熱像。
 
      相關(guān)研究工作由北京化工大學Jieshan Qiu課題組于2022年在線發(fā)布于《Adv. Funct. Mater》期刊上,原文:Topographic Manipulation of Graphene Oxide by Polyaniline Nanocone Arrays Enables High-Performance Solar-Driven Water Evaporation。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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