长春工业大学《Nano Lett》：西兰花状黑镍/石墨烯复合膜，用于太阳能热能转换海水淡化

成果简介

巧妙的微结构构建和适当的成分选择是提高光热材料性能的有效策略。本文，长春工业大学孙德 教授团队在《Nano Lett》期刊发表名为”One-Step Electrochemically Prepared Bionic Hierarchical Nickel Black@Graphene Composite Membrane for Desalination by Solar–Thermal Energy Conversion“的论文，研究采用一步电化学方法制备了一种用于太阳能驱动海水淡化的西兰花状分层镍黑@石墨烯（Ni@Gr）膜，该方法同时进行了石墨烯的电化学剥离和Ni@Gr材料的共沉积。

Ni@Gr 膜的仿生分层结构和化学成分通过光捕获效应和石墨烯的引入提高了对太阳光的吸收率（90.36%）。在模拟（1 个太阳）和室外日照条件下，Ni@Gr 膜的蒸发率分别达到了 2.05 和 1.16 kg m-2 h-1 的高水平。Ni@Gr 膜的超亲水性和分层结构共同降低了蒸发焓（1343.6 kJ/kg），有利于突破蒸发率的理论极限（1.47 kg m-2 h-1）。这项工作推动了仿生金属-碳复合光热材料在太阳能水蒸发中的应用。

图文导读

图1.Ni@Gr膜的设计

图2.光热转化膜的微观形貌和元素分布

图3. Ni@Gr膜的化学分析图

图4.Ni@Gr膜的太阳能-热性能

图5.Ni@Gr光热转化膜的界面蒸发性能

小结

综上所述，我们采用一步电化学方法在恒压下制备了一种用于太阳能海水淡化的西兰花状分层Ni@Gr膜。西兰花状Ni@Gr，由Ni、NiO、Ni（OH）组成2和石墨烯，改善了表面结构和成分对太阳光的吸收。Ni@Gr膜的分层结构和超亲水性降低了其蒸发焓，使蒸发速率提高了2.05 kg m–2h–1在一次太阳照射下，太阳-蒸汽转换效率为80.63%。应用20次循环后，膜仍显示出可靠的蒸发速率和NaCl排斥。由于膜下滤纸的毛细作用，膜表面的中心保持清洁。本研究为碳和金属材料的组成和构建在界面蒸发应用中具有巨大潜力的仿生层结构提供了一种便捷的方法。

文献：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01938