成果简介
将太阳能驱动的界面蒸发与水力发电技术相结合，是缓解能源危机和淡水短缺的一种可行方法。然而，如何建造低成本、高性能的淡水和电力共生蒸发器，并揭示其共生机理，仍然是一个巨大的挑战。本文，华中科技大学龚江 等研究人员在《Journal of Cleaner Production》期刊发表名为“Green conversion of waste polyester into few-layer graphene for interfacial solar-driven evaporation and hydroelectric electricity generation”的论文，研究报道了通过盐助碳化策略将废弃聚（ε-己内酯）绿色转化为石墨烯，并构建了一种灵活的基于石墨烯的淡水和电力共生双功能蒸发器。
石墨烯呈现出典型的边缘弯曲的皱褶结构，由 7-8 层不连续的含氧基团组成。石墨烯基蒸发器具有出色的阳光吸收能力（98%）、光热转换性能、良好的水传输能力、低水蒸发焓和 0.06 W m-1 K-1 的低导热率。该蒸发器不仅具有显著的水蒸发率（2.92 kg m-2 h-1），而且最大输出电压达到 310 mV，超过了之前报道的许多蒸发器/发电机。分子动力学模拟结果证明了 H 和 OH 在水和石墨烯中的扩散差异，这最终导致了电压的产生。这项工作不仅有助于提高废塑料的回收利用率，实现碳中和，还为淡水和电力的联合发电开辟了一条途径。
图文导读
图1.从废弃 PCL 制备 GNS-x 蒸发器的设计，用于界面太阳能驱动蒸发和水力发电。
图2.（a） 纯化前 GNS-700 的 SEM 图像。（b） GNS-500、（c） GNS-600 和 （d） GNS-700 的 SEM 图像。GNS-700 的 （e） HRTEM 和 （f） AFM 图像。
图3.GNS-x 的 （a） FT-IR 曲线，（b） 全 XPS 光谱，高分辨率 （c） C 1s 和 （d） O 1s XPS 光谱。
图4.（a） GNS-x 的 XRD 图谱。（b） GNS-x 的拉曼光谱。GNS-x 的 （c） TGA 和 （d） DTG 曲线。
图5.GNS-700 蒸发器的 （a） 照片和 （b 和 c） SEM 图像。（d） 棉布、（e） GNS-500、（f） GNS-600 和 （g） GNS-700 蒸发器的水接触角。（h） GNS-700 蒸发器的稳定性和 （i） 灵活性。（j） GNS-700 蒸发器的应力-应变曲线。
图6、GNS-x 蒸发器的界面太阳能驱动水蒸发特性。
图7、使用 GNS-700 蒸发器进行实用的太阳能驱动淡水生产示意图。
小结
总之，通过盐辅助碳化策略，废旧聚（ε-己内酯）被转化成了石墨烯。石墨烯包含 7-8 层，具有弯曲的边缘和不连续的结构，含有丰富的含氧基团。石墨烯基混合蒸发器对阳光的吸收率高（98%），光热转换性能好，水传输能力强，水蒸发焓低，导热系数低（0.06 W m-1 K-1）。得益于这些优点，该蒸发器的水蒸发率非常高（2.92 kg m-2 h-1），超过了许多先进的光热材料。在室外太阳能驱动淡水生产中，累计产水量达到 4.9 kg m-2，1 m2 蒸发装置的产水量可满足两个成年人的基本生活需求。此外，蒸发器的最大输出电压为 310 mV，电流为 250 nA。根据分子动力学模拟的结果，H 和 OH 之间的扩散差最终导致了电压的产生。这项工作不仅促进了废塑料的升级再利用，还为制造淡水和电力联合发电装置提供了一个新平台。
文献：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143960
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