界面太阳能蒸汽生成（ISSG）为高效生产清洁水提供了一种有前景且环保的方法。作为一种绿色可持续材料，纤维素纸在ISSG中得到了广泛应用。然而，将纤维素纸转化为光热材料的传统方法仍然较为繁琐。本文，中山大学吴嘉宁 副教授、余树 助理教授在《Small》期刊发表名为“Laser-Induced Graphene on Gelatin-Functionalized Cellulose Paper for Efficient Interfacial Solar Steam Generation”的论文，研究通过激光雕刻技术制备了基于纤维素纸的太阳能蒸发器。具体而言，通过复合明胶涂层预处理 followed by 激光直接书写，本研究实现了在纤维素纸上一步法原位制备钴掺杂石墨烯。
明胶基涂层以钴硝酸盐和明胶为前驱体材料配制。纤维素纸天然多孔纤维结构与明胶涂层的协同作用，使激光雕刻后形成具有优异毛细管性能的3D多孔石墨烯结构。在1个太阳辐射强度下，制备的纸基蒸发器表面装饰有金属钴和钴氧化物纳米颗粒，实现了1.50 kg m−2 h−1的蒸发速率，蒸发效率达92.5%，并展现出优异的海水淡化性能。所开发的纸基蒸发器在海水淡化及废水处理领域展现出显著潜力，为生产淡水提供了切实可行的技术路径。
图1、Fabrication process and SEM images of cellulose paper and LIG/Co-NPs. a) Schematic diagram of the fabrication processes for LIG/Gelatin and LIG/Co-NPs. LIG/Gelatin is obtained through direct laser treatment of cellulose paper after coating with gelatin solution, while LIG/Co-NPs is obtained by applying laser treatment to cellulose paper after coating with gelatin-Co(NO3)2 solution. b–g) SEM images of (b,c) cellulose paper, (d,e) LIG/Gelatin and (f,g) LIG/Co-NPs at varying magnifications.
综上所述，我们成功地利用激光诱导石墨烯技术，基于纤维素纸制备了一种太阳能蒸汽发生装置，该装置将石墨烯层与钴纳米粒子复合材料相结合。该复合材料具有明确的孔隙结构，钴纳米粒子均匀分布于石墨烯表面。这种分级结构的LIG/Co-NPs复合材料展现出卓越的吸水性能和出色的光吸收能力，太阳能吸收率达90.8%，从而显著提升了蒸发性能。在1个太阳光照条件下，优化后的LIG/Co-NPs复合材料实现了1.50 kg m−2 h−1的蒸发速率，蒸发效率达92.5%。值得注意的是，净化后的水符合世界卫生组织（WHO）制定的饮用水标准，展现出在海水淡化领域的重要应用潜力。此外，排除设备折旧及劳动力/维护成本后，LIG/Co-NPs的制造成本计算为13.16美元/平方米。本研究证明了基于激光诱导石墨烯技术的纤维素纸基太阳能蒸发器的优异性能，为太阳能驱动的淡水生产开辟了道路，并为LIG中其他可降解前驱体的应用提供了思路。
文献：https://doi.org/10.1002/smll.202505931
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