西北工业大学等《Nat Commun》：吸湿性多孔石墨烯气凝胶纤维可实现高效的水分捕获、热量分配和微波吸收

成果简介

气凝胶纤维被公认为是隔热和耐磨纺织品领域的后起之秀。然而，气凝胶纤维缺乏功能化限制了其应用。近日，西北工业大学Jie Kong、苏州纳米所张学同等研究人员在《Nat Commun》期刊发表名为“Hygroscopic holey graphene aerogel fibers enable highly efficient moisture capture, heat allocation and microwave absorption”的论文，研究报道了一种吸湿性多孔石墨烯气凝胶纤维（LiCl@HGAFs），其中多孔石墨烯气凝胶纤维含有高效的吸湿盐LiCl，能够实现优异的水分捕获、热量分配和微波吸收性能。多孔的石墨烯气凝胶多孔基质不仅为吸水提供了足够的结合位点和表面积，而且还通过刻蚀的纳米孔提供了丰富的水传输途径。这些LiCl@HGAF在90%相对湿度下表现出4.15 g-1的吸湿容量和多条吸附/解吸途径，研究人员测定了其吸水的热力学和动力学。

此外，研究人员发现，LiCl@HGAFs在吸水和解吸过程中，不仅发生了传质，而且还发生了传热。得益于吸湿性能，LiCl@HGAF被证明是吸附驱动的换热(AHT)装置，如吸附驱动的制冷/冷水机组和吸附驱动的热泵。由于水是理想的工作流体（室温下蒸发潜热高达44 kJ·mol-1，可循环利用），AHT设备具有环保、不易燃和低成本的潜力，由于可以利用天然太阳能或工业工厂的废热，因此可以大幅降低制冷和制热的能耗。在吸收水分后，LiCl@HGAFs在多孔主体中含有超过2 g·g-1的盐水，显示出微波吸收性能。吸水后LiCl@HGAFs的微波吸收大大提高。有效吸收带宽从0提高到9.69 GHz（8.31–18 GHz）。因此，LiCl@HGAFs为从空气中收集水分、基于吸附的热量分配以及微波吸收带来了巨大的希望，为基于多功能纤维的设备的开发和新兴应用铺平了道路。

图文导读

图1：LiCl@HGAFs 的制备策略和应用。

图2：LiCl@HGAFs的表征。

图3：LiCl@HGAFs的高效水分捕获。

图4：LiCl@HGAFs的热量分配

图5：吸附剂和用于加热和冷却的工作流体水之间的热传递。

图6：微波吸收特性。

小结

本文介绍的多孔石墨烯气凝胶纤维与吸湿性氯化锂盐相结合，可能为开发用于水收集、热能利用和微波吸附的多功能材料提供重要的替代品，也为气凝胶纤维相关技术在各种应用中开辟了未经探索的机会。可以预见，本研究结果还将推动未来开发先进的吸附剂、除湿器、基于吸附的传热系统、吸附驱动制冷等。

文献：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28906-4