中国矿业大学等《ACS ANM》:蘑菇状石墨烯纳米片/硫化铜纳米线，用于太阳能蒸汽发电

成果简介

太阳能蒸汽发电为从海水和废水中提取淡水提供了一种高效、可持续且负担得起的策略，以有效应对水资源短缺危机。然而，它仍然面临耐久性差的问题，因为盐析效应总是导致在高盐浓度下蒸发速率降低。为了解决这个问题，本文，中国矿业大学（北京）刘红缨与北京航空航天大学 朱英 等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater》期刊发表名为“Mushroom-like Graphene Nanosheets/Copper Sulfide Nanowires Foam with Janus-Type Wettability for Solar Steam Generation”的论文，研究设计了蘑菇状微/纳米结构石墨烯纳米片/硫化铜纳米线（石墨烯/Cu7S4），通过原位氧化铜泡沫和沉淀转化，然后采用浸涂法，在具有Janus型润湿性的铜泡沫上制备。

超亲水性Cu7S4纳米线具有供水和隔热功能，疏水性石墨烯纳米片具有光吸收和水分蒸发的功能。在一次阳光照射下，具有Janus型润湿性的石墨烯/Cu7S4泡沫表现出高达2.78 kg m–2 h–1的水分蒸发率和盐水蒸发的长期稳定性。由于毛细力和高孔隙率，其优异的性能归因于快速供水和拒盐效果。这种具有Janus型润湿性的太阳能蒸汽发电拓宽了海水淡化、废水净化和杀菌的潜在应用。

图文导读

图1. (a) 石墨烯/Cu7S4泡沫制备示意图。(b-b″) 不同放大倍率下铜泡沫的SEM图像。(c-c″) Cu(OH) 2纳米线泡沫在不同放大倍率下的SEM图像。(d-d″) Cu7S4泡沫在不同放大倍率下的SEM图像。(e-e”)石墨烯在不同放大倍数下涂覆在Cu7S4纳米线上的纳米片。

图2. (a-c) TEM图像和Cu7S4中Cu（黄色）和 S（紫色）的相对EDX元素映射。(d) Cu7S4纳米线的HRTEM图像。(e) Cu7S4纳米线泡沫的XRD图谱。

图3. (a) Cu7S4纳米线和 (b)CA石墨烯/Cu7S4泡沫的水接触角 。

图 4. (a) 商业泡沫铜、Cu(OH) 2、Cu7S4和湿/干的吸收光谱石墨烯/Cu7S4泡沫。(b-e) 泡沫铜、Cu、Cu(OH) 2和 Cu 7 S 4的红外图像，以及石墨烯/Cu7S4泡沫。

图 5. (a) 太阳能蒸汽发生实验示意图。

(b) 红外图像石墨烯/Cu7S4泡沫在水面上，1次阳光照射30分钟。

(c) 在2太阳光照下增强蒸汽产生石墨烯/Cu7S4泡沫的的光学图像。

(d) 在1次阳光照射下，纯水蒸发导致水的时间依赖性重量损失。

(e) 在1次阳光照射下，通过 3.5wt% NaCl 溶液蒸发造成的水随时间变化的重量损失。

(f) 在 3.5wt% NaCl溶液中随时间的蒸发速率图。太阳能蒸汽效率石墨烯/Cu7S4泡沫与Cu7S4泡沫在1个太阳照射下的比较。

小结

凭借具有成本效益的解决方案和高光热效率，这种太阳能蒸汽发电有望在海水淡化和水净化方面具有广泛的潜在应用。

文献：https://doi.org/10.1021/acsanm.1c04522