用于太阳能蒸汽生产的石墨烯材料的绿色合成

一组研究人员在发表在《Materials Letters》杂志上的一篇文章中展示了使用电解去角质和随后的超声波辐照技术将单宁酸处理石墨烯作为光热材料的环保合成。

研究：用于太阳能蒸汽发电的铁离子多酚-石墨烯气凝胶的环保合成。图片来源：Rost9 / Shutterstock.com

用于盐水蒸馏和废水净化的太阳能蒸汽生产具有石墨烯基光热材料的巨大潜力。

然而，以简单环保的方式生产有效的石墨烯气凝胶光子吸收剂仍然很困难。

合成气凝胶的光热效果优异，太阳蒸发效率高。

设计了一种更有效的黑色离子复合气凝胶，通过与铁离子结合来构建高性能的太阳能蒸汽生产系统。

石墨烯基光热材料的重要性

太阳能蒸汽生产被视为盐水蒸馏和废水过滤的可行方法，以解决日益严重的缺水问题。

在水/空气界面，光热材料获得的热定位在增强蒸发过程中起着至关重要的作用。

到目前为止，已经记录了各种有效的光热材料，例如入射光子，碳化材料，2-D纳米材料和潜在的聚合物光热复合材料。

由于其光催化效率的提高，石墨烯基光热材料受到了极大的关注。

石墨烯基光热材料的局限性

石墨烯的生产始终包括使用鲜酸和有害氧化剂，这可能会对健康造成危害并对环境产生影响。

因此，迫切需要一种简单的环保技术来合成石墨烯基光热材料，以实现有效的太阳能蒸汽生产。

一种制备石墨烯的环保方法

电化学去角质技术作为大规模和绿道制造石墨烯的一种方式引起了人们的广泛兴趣。

通过该方法获得剥落石墨烯的无缺陷微观结构和良好的表面特性。

另一方面，石墨烯的疏水性阻止了水在光伏蒸汽生产过程中轴向运输，这意味着标准的蒸发速率。

因此，将高光热转化和水的运输相结合是非常理想的，以建立一条潜在的路径，从而产生具有适当表面改性的无缺陷石墨烯。

在这项研究中，研究人员描述了用于光伏蒸汽发电的有效石墨烯基光热材料的环保生产。

电化学去角质后，使用有机多酚单宁酸（TA）来帮助去角质并完成石墨烯表面功能化。

作为光热材料，所得的单宁酸合成石墨烯（TA-G）分散体可立即转化为气凝胶。

在太阳能蒸汽发生中，TA-G悬浮液可与铁离子交配，生成含铁离子多酚石墨烯化合物，具有较大的蒸发速率和功率转换率。自始至终，研究人员没有使用有害或昂贵的化学品。

石墨烯基组件的制备

作为工作电极，参比电极和缓冲溶液，研究人员分别使用2毫米厚的石墨烯片，黄铜板和0.1M硫酸钠水溶液。

1小时，设定稳定的10 V电位。

在筛选和洗涤后，将去角石墨颗粒在1.2重量%的单宁酸水溶液中超声处理10分钟。

将纳米片纯化并取回用单宁酸（TA-G）处理的石墨烯。之后，将TA-G乳液与过量的氯化亚铁溶液结合，合成了鞣酸铁的石墨烯结构。

研究结果和结论

本文描述了以环境可接受的方式构建用于太阳能蒸汽生产的有效组件。

合成装置的蒸发速率为1.2 kg m^-2h^-1，水/蒸汽接触温度为35^oC，功率效率在 1kW/m 以下约为 87%²照明。

根据研究人员的说法，剥落石墨烯的无缺陷微观结构和活性亲水性铁离子多酚配合物是导致出色的太阳能蒸汽产生能力的原因。

由于他们的技术简单环保，因此这种生产高效光热材料的方法在实际使用费用以及耐用性和减排方面具有很大的希望。

参考

Xiameng Feng. et al. (2022). Eco-friendly Synthesis of Ferric Ion-Polyphenol-Graphene Aerogel for Solar Steam Generation. Materials Letters: Proceedings. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167577X2200091X