上海交大《CEJ》：可扩展绿色等离子体石墨烯复合材料，用于界面太阳能蒸汽发生

为解决传统石墨烯生产中高温合成与高能耗的关键难题，本文，上海交通大学赵斌元 副教授、中国科学院上海光学精密机械研究所刘丰华  副研究员、吴卫平 研究员等在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“A scalable green plasmon graphene composites for interfacial solar steam generation”的论文，研究提出一种经济高效且环保的合成方法，利用自组装真菌菌丝作为原料制备用于界面太阳能蒸汽生成的石墨烯基复合材料。

研究证实了一种创新策略：通过银离子作用破坏菌丝内的三维蛋白质结构。该改性使菌丝石墨烯能在显著降低的300℃温度下成功合成，同时实现银纳米粒子的原位形成。此外，嵌入的银纳米粒子通过表面等离子体共振效应提升光热转换效率，在1kW/m²辐照下实现2.48kg/m²h的蒸发通量。其卓越的盐分截留性能与耐酸碱特性，使该蒸发器在户外运行中保持长期稳定性。此外，通过碳纤维布介质培养技术将菌丝生长周期缩短至24小时，不仅降低了材料成本，更为大规模应用开辟了可能性。

图1. Schematic illustration elucidates direct fabrication of the HGCs, HGC/Ag and HGCs with CC composites by interfacial growth.

图5. The performance of ISSG by HGC-CC or HGC/Ag-CC 2D evaporators. (a) Sketch and (b) photograph of the 2D evaporator. Polystyrene foam can be used for the insulating foam so that the vaporizer floats on the sleep of the 300 mL beaker. The foam is covered with tin foil toward the glossy side to avoid errors due to warming. The concentration of artificial seawater is 10 wt%. The evaporation flux of (c) the doped Au, Ag and Cu NPs composites and (d) 1 kW/m²–5 kW/m² irradiation of HGC/Ag-CC are comparing to show the best evaporation performances of HGC/Ag-CC. Thus, (e) the experimental groups of 15 times cycles are used to verify the stability of the evaporation process of HGC/Ag-CC. Moreover, the increase of evaporation temperature by SPR effect in HGC/Ag-CC can be shown via (f) temperature curves and (g) infrared photographs. Finally, (h) the photothermal efficiency (related to “solar-thermal”) and evaporation efficiency (related to “thermal-steam”) can be calculated for CC, HGC-CC and HGC/Ag-CC, respectively.

综上所述，我们成功设计出由HGC-CC和HGC/Ag-CC组成的创新性多孔材料。该材料通过低温合成石墨烯（300℃）并利用插层蛋白质效应及原位合成技术实现表面等离子体激元光热效应。一方面，在1kW/m²太阳辐射强度下，HGC-CC与HGC/Ag-CC的蒸发通量分别提升至2.01kg/m²·h和2.48kg/m²·h，创下超越现有二维蒸发器的性能新标杆。此外，HGC/Ag-CC在户外测试中不仅展现出优异的长期稳定性和耐酸碱性——所收集的蒸馏水符合WHO和EPA饮用水标准——更能适应各类复杂的高盐度及有机废水处理系统。值得注意的是，即使盐浓度提升至20%（重量百分比），HGC/Ag-CC仍能保持超过1.5 kg/m²·h的蒸发速率。另一方面，碳素材料带来的营养富集效应不仅将毛霉菌丝生长周期缩短至48小时以内（超越多数研究成果），其形态可调控的HGC-CC结构更显著促进了分形模型的实现。此外，真菌菌丝的亲水性特性在基材表面引入反应性基团，为化学修饰提供了可能。经济层面，HGC-CC与HGC/Ag-CC相较传统光热碳材料更具成本优势，其价格分别为58.64$/kg和186.83$/kg，为大规模应用创造了可能性。本研究由此提出一种创新的太阳能驱动蒸汽生成方法，为多孔材料工程领域的众多潜在应用奠定了基础。

文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170165