調整太陽能蒸發器的表面形貌對于提高光吸收和提高太陽能轉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合苯胺原位聚合來調控氧化石墨烯 (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，呈現出具有高度可折疊配置的周期性結構。此外，PANI 陣列可調節 GO 的表面化學性質并延緩 GO 在水中的再分散，從而實現相應的復合材料 (PG) 堅固的結構耐久性。具有這些有趣的屬性，當在純水中用作蒸發器時，PG 的蒸發性能提高到 1.42 kg m
−2 h
−1一次太陽光照下蒸發效率高達96.6%。進一步的研究表明，聚苯胺在 GO 表面的周期性錐形結構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 在實際淡水生產中的可靠性。數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。這項研究為合理控制用于高效太陽能蒸發的光熱材料表面形貌提供了新思路。
Figure 1. 用于太陽能蒸發的表面改性 PG 復合材料的示意圖。a) 表面改性 PG 復合材料，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）蒸氣分布的數值模擬。
Figure 2. PG-X形貌的調控機制。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（紫色區域）加權。b) 各種樣品在808 nm激光照射下的光熱轉換性能。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。e) PG-10薄膜在0 s、30 s和90 s照射時間下的紅外熱像。
相關研究工作由北京化工大學Jieshan Qiu課題組于2022年在線發布于《Adv. Funct. Mater》期刊上，原文：Topographic Manipulation of Graphene Oxide by Polyaniline Nanocone Arrays Enables High-Performance Solar-Driven Water Evaporation。
轉自《石墨烯研究》公眾號
