成果简介
基于微纳米多孔材料的光热界面蒸发是利用低密度太阳能实现水净化的有效节能新策略，但仍然存在许多挑战，特别是在制备 纳米结构以提高性能方面。本文，中国科学院上海光学精密机械研究所Fenghua Liu等研究人员在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊发表名为“Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High-Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation”的论文，研究提出一种新方法制备石墨烯多孔碳复合材料和光热装置，用于高性能太阳能热界面蒸发。
纳秒激光可以非常方便地在生物质单片多孔碳表面制备石墨烯层，形成坚固的多孔石墨烯-多孔碳复合材料。借助激光，表面石墨烯具有特殊的微观阵列结构，有助于增强对广谱太阳光的吸收。它可以将光吸收能力提高4%，同时显着改善光热界面蒸发。在标准阳光照射（1kWm -2）下，蒸发率可达1.736kg m-2h-1，能量转换效率高达98.7%。这种性能约是自然水蒸发的3.5 倍（约0.5 kgm-2h-1）。借助激光，不仅可以从广泛使用的生物质碳中直接、轻松地制备大面积多孔石墨烯，而且成本低廉，更重要的是，还可以同时形成碳基超表面。它代表了石墨烯制造和太阳能热界面蒸发的一大步。
图文导读
图1、a) 激光辅助制备LMPC的方案和光捕获增强的可能原理。b) 使用LMPC的海水太阳能热蒸发示意图。c) 自浮式 LMPC 装置的结构。d) “SIOM”图案可以通过激光直写MPC表面形成。e) LMPC 样品的照片。
图2、微观结构
图3、a) X 射线 ptychography 成像装置示意图。通过逐层X射线扫描，可以观察到微米级通道的分布，再通过3D重建，可以完整观察到材料内部通道分布和孔隙方向的细节。b) X 射线 ptychography 成像显示的大块 MPC 中的多孔结构和通道。图中可见大量微米级孔隙（浅色区域），为液态水的传导和蒸汽逸出提供多种通道，促进界面蒸发。
图4、a) MPC 和 LMPC 的 X 射线光电子能谱 (XPS) 测量光谱。b) LMPC的C1s的高分辨率 XPS光谱。c) MPC 和 LMPC 的拉曼光谱。d) MPC 和 LMPC 的 FTIR 光谱。
图5、a) MPC 和 LMPC 的太阳能吸收范围为 300 到 2500 nm。b) MPC和LMPC器件在不同太阳能照射下随时间的平均表面温度曲线。c) MPC 和 LMPC 设备的红外照片。d) LMPC 的润湿性。e) LMPC 太阳能热蒸发装置模型的 3D 截面图。f) 用 COMSOL 模拟的温度分布显示了 LMPC 表面的集中热量，实现了局部热管理。
图6、光热界面蒸发性能。
文献：https://doi.org/10.1002/admt.202101052
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