盡管許多太陽能驅(qū)動(dòng)的水蒸發(fā)器被開發(fā)用于太陽能蒸汽發(fā)電，大多數(shù)太陽能熱能轉(zhuǎn)換材料不能重復(fù)使用，以構(gòu)建具有可變形狀和圖案表面的太陽能熱水蒸發(fā)器。在此，可重塑Ti
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x MXene/氧化石墨烯(GO)/聚苯胺(PANI) (MGP)的混合物具有可變形狀和可圖形化表面，通過聚苯胺輔助組裝的氧化石墨烯和MXene，用于高效的太陽能驅(qū)動(dòng)的海水和廢水凈化。塑料MGP混合材料的可變形狀、可圖案表面和可重用性歸因于聚苯胺與氧化石墨烯和MXene的強(qiáng)烈相互作用。得益于親水的氧化石墨烯和MXene的優(yōu)良的太陽能轉(zhuǎn)換，MGP的可變形狀和可圖案表面，以及降低的蒸發(fā)焓，在1次太陽照射下，具有平錐面和凹錐面模式的MGP蒸發(fā)器的平均水分蒸發(fā)率分別高達(dá)2.89和3.30 kg m
-2 h
-1。當(dāng)塑料MGP被模壓成花型蒸發(fā)器時(shí)，在1次太陽照射下，蒸發(fā)率達(dá)到3.94 kg m
-2 h
-1，蒸發(fā)效率達(dá)到135.6%。可重復(fù)使用的MGP蒸發(fā)器可以高效地從海水和廢水中產(chǎn)生干凈的水，離子截除率接近100%。
圖 1. 用于太陽能蒸汽產(chǎn)生的MGP塑料混合材料的制備示意圖。
圖2. a) MXene的透射電鏡圖像。b,c) MXene/PANI雜化的TEM圖像。d) MXene/PANI雜交種的N 1s XPS峰。e) MXene片表面苯胺聚合示意圖。f)氧化石墨烯薄片與苯胺分子之間的相互作用。g)聚苯胺與氧化石墨烯和MXene片的相互作用。
圖 3. a) GO、GP、MXene和MGP的紅外光譜和XPS測(cè)量光譜。c) MGP和d) GP的N 1s譜。e) GO、GP、MXene和MGP的拉曼光譜和XRD譜圖。
圖4。(a - c)具有隨機(jī)結(jié)構(gòu)的MGP和(d-f)具有局部排列結(jié)構(gòu)的MGP的SEM圖像。(g,h) MGP的元素映射圖像。i)具有不同花形的MGP雜化物。
圖5 a) GP和MGP雜化的吸收光譜。b, c)下太陽蒸汽產(chǎn)生前后MGP處于濕態(tài)的紅外圖像1-sun輻照。d)用LF-NMR表征MGP和GP內(nèi)部水的弛豫時(shí)間譜。e) MGP內(nèi)三種水態(tài)分布及水路運(yùn)輸路線。f) GP和MGP雜化存在時(shí)，水的等效蒸發(fā)焓。g)在黑暗和1日照射下，GP和MGP雜種的蒸發(fā)速率和蒸發(fā)效率。h)不同表面的MGP雜化的蒸發(fā)速率。
圖6 a)各種表面圖案模型示意圖。b)花狀硅橡膠模具和花狀MGP蒸發(fā)器。c)水的質(zhì)量變化，d)不同表面形態(tài)的MGP蒸發(fā)器的水分蒸發(fā)性能比較。
圖7 a)太陽輻照下MGP蒸發(fā)器的溫度場(chǎng)分布和b)其凹面錐體表面的多物理模擬。c)模擬大量水的溫度隨時(shí)間的變化曲線，以及具有平面型和凹金字塔型的MGP蒸發(fā)器。d)熱流和e)在凹金字塔結(jié)構(gòu)中由馬朗戈尼效應(yīng)促進(jìn)的水張力(水流)示意圖。采用f)凹形錐體和g)平坦表面，模擬了MGP蒸發(fā)器中穩(wěn)態(tài)水流速度(m s
-1)。
圖8。a)自來水和b)海水在塑料MGP蒸發(fā)器成型前后的質(zhì)量變化。c)太陽熱脫鹽前后黃海海水中初級(jí)離子的濃度。d)太陽熱水蒸發(fā)對(duì)鹽離子的截留率。e)耐海水、純凈水和自來水。f)太陽熱凈化前后廢水中重金屬離子濃度。g)太陽熱水蒸發(fā)對(duì)重金屬離子的截留率。
相關(guān)科研成果北京化工大學(xué)Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu團(tuán)隊(duì)于2021年發(fā)表在Adv. Funct. Mater (DOI: 10.1002/adfm.202110636)上。原文：Reshapable MXene/Graphene Oxide/Polyaniline Plastic Hybrids with Patternable Surfaces for Highly Efficient Solar-Driven Water Purification。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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