成果简介
随着全球淡水短缺问题日益严重，太阳能蒸汽发电（SSG）成为一种前景广阔、环保且经济高效的水净化解决方案。然而，太阳能蒸汽发生器的广泛应用需要高效的光热材料和太阳能蒸发器，这些材料和蒸发器应集成增强的光热转换、快速水输送和最佳热管理功能。本文，韩国科学技术院Bong Jae Lee、Seokwoo Jeon等研究人员在《Nano Lett》期刊发表名为“Tree-Inspired Aerogel Comprising Nonoxidized Graphene Flakes and Cellulose as Solar Absorber for Efficient Water Generation”的论文，研究使用极小缺陷缺陷的非氧化石墨烯薄片（NOGF）作为光热材料，这种材料能够吸收98%以上的太阳光。通过双向冷冻铸造将 NOGF 与纤维素纳米纤维 (CNF) 结合在一起，我们制造出了垂直和径向排列的太阳能蒸发器。这种混合气凝胶具有出色的太阳能吸收能力、高效的太阳能热转换能力和更好的表面润湿性。
受树木结构的启发，作者的设计在确保快速供水的同时，最大限度地减少了热量损失。NOGF/CNF 气凝胶的NOGF含量较低（约10.0%），其太阳能蒸汽产生率为2.39kg m-2h-1，在1太阳光照射下的能量转换效率为93.7%，有望应用于海水淡化和废水净化。
图文导读
方案1. 生物启发结构设计图
图1.微观结构和成分表征。
图2.NOGF/CNF气凝胶的表征。
图3.太阳能蒸汽发电性能
图4.稳定性和纯化性能测试
小结
我们的研究探索了 NOGF 作为一种高效光热材料的应用，由于其缺陷极少，整个太阳光谱中 98% 的太阳光都能被吸收并高效转化为热量。CNFs 用于增强水润湿性和结构坚固性。受天然树木结构的启发，采用双向冷冻铸造法，将最佳比例的NOGF和CNF组装成垂直和径向排列的结构，在确保充足供水的同时，通过隔热有效减少热量损失。通过量身定制的材料和结构工程，我们成功地制造出了一种多合一太阳能蒸发器，它具有出色的太阳能吸收能力，能高效地将太阳光转化为热能，增强了水的润湿性和输送能力，并有利于热定位和隔热。NOGF/CNF气凝胶具有较低的NOGF含量（10.0 wt %），在1太阳光照射下，太阳能蒸汽产生率达到2.39kg m-2 h-1，能量转换效率高达 93.7%。此外，所制造的太阳能蒸发器还具有长期稳定性，在海水淡化和废水净化方面具有潜力。由于成本低且可扩展，这种方法在以可持续的方式解决清洁水和能源稀缺问题方面具有巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02742
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