中山大学《Mater Horiz》：纤维素纸上的铁催化激光诱导石墨烯，用于太阳能驱动的界面蒸发

太阳能驱动的界面蒸发已成为通过海水淡化生产淡水的一种有前途的策略。尽管基于纤维素的光热材料在太阳能蒸汽生成领域引起了广泛关注，但传统的表面改性技术（如涂层和碳化）通常存在制备繁琐和设计灵活性有限的问题。本文，中山大学余树东 助理教授团队在《Mater Horiz》期刊发表名为“Iron-catalyzed laser-induced graphene on cellulose paper for solar-driven interfacial evaporation”的论文，研究开创性地提出了一种非破坏性激光加工策略，可在化学改性纤维素基体上同时诱导空间可控的石墨烯域与氧化铁纳米结构。

通过将宽带光吸收（约93.28%太阳加权吸收率）与分级水通道的协同集成，该二维蒸发器在1太阳辐照下实现了卓越的蒸发性能（1.62kg m⁻² h⁻¹,，99.0%效率）。值得注意的是，当通过简单单次折叠配置为三维结构时，蒸发性能提升至1.82 kg m⁻² h⁻¹。详细表征表明，激光诱导的碳热还原生成铁氧化物-石墨烯复合材料作为光吸收体，同时保留纤维素固有的亲水性以实现快速毛细泵送。值得注意的是，该工程化结构展现出增强的机械 robustness（拉伸强度提升234%）和可编程折叠性，使其在多样化的脱盐场景中具有更广泛的应用潜力。因此，该研究证明了通过合理加工与设计提升蒸发速率和光热效率的可行性。特定纤维素纸基材料的结合便利性与重要性已得到验证；结合激光诱导石墨烯与3D蒸发器设计的最新进展，这一领域展现出极具潜力的研究方向。

图1、Fabrication process and SEM images of CP, CP/L, and CP/Fe-L. (a) Schematic diagram of the fabrication process of CP/Fe-L. CP/Fe-L was produced by applying laser treatment to cellulose paper after coating with tannic–iron solution. (b)–(d) Digital pictures of different samples: (b) CP, (c) CP/L, and (d) CP/Fe-L. (e)–(g) SEM images at different magnifications: (e) CP, (f) CP/L, and (g) CP/Fe-L.

综上所述，我们通过激光诱导石墨烯加工技术在纤维素纸上制备了一种高效的石墨烯/氧化铁复合太阳能蒸发器，该蒸发器具有分级微纳米孔结构，氧化铁纳米颗粒和微粒均匀锚定，在280至2500纳米波长范围内实现超过93.28%的太阳能吸收率，并具有固有亲水性。在单日照条件下，CP/Fe-L蒸发器在二维结构下可达到1.62kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率，太阳能到蒸汽效率为99.0%，当通过单次折叠重新配置为三维结构时，蒸发速率可提升至1.82kg m⁻² h⁻¹。经处理的纤维素基底展现出增强的机械强度，刚度提升至原来的三倍，同时具备可编程折叠性，可设计适用于多水源收集场景的定制化三维蒸发器。该激光雕刻方法兼具成本效益与可扩展生产能力，而自浮式CP/Fe-L设计凭借其优异的蒸发性能、环境兼容性、机械强度及结构可重构性，在多样化环境中展现出大规模海水淡化应用的实际潜力。

文献：https://doi.org/10.1039/D5MH01166C