太阳能界面蒸发作为可持续淡水生产策略前景广阔。然而，在单一材料体系中同时实现高效光热转换与优化水传输，仍存在挑战。因此，开发兼具强光吸收、低热导与稳定水通道的光热材料具有重要意义。基于此，本文，哈尔滨工业大学（深圳）阮琦锋 副教授、邱华军 副教授团队在《Langmuir》期刊发表名为”Defect- and Composite-Engineered Free-Standing Nanoporous Graphene Film for High-Efficiency Solar-Driven Water Evaporation”的论文（DOI: 10.1021/acs.langmuir.6c03897），研究提出了一种缺陷与复合协同的石墨烯基光热材料构筑策略。该纳米多孔石墨烯/MoC 复合膜通过化学气相沉积（CVD）以 Ni 基纳米多孔合金为模板生长，再选择性去除模板制得。
此外，研究团队通过调控 Ni 基纳米多孔模板的组成，合成微结构可调的三维氮掺杂纳米多孔石墨烯（NG）；缺陷密度随纳米多孔合金组元数（熵）增加而明显升高，降低热导率并促进热局域化。当模板引入 Mo（np-MnNiCoFeMo）时，CVD 过程中形成 MoC，在石墨烯管壁诱导次级纳米孔、产生更多缺陷。经选择性去除合金模板，所得纳米多孔石墨烯/MoC 复合膜（5-NG@MoC）因两组分协同吸光而光热转换显著增强：宽带太阳吸收率达 94%（250–2500 nm），在单太阳光照下蒸发速率达 1.76 kg·m⁻²·h⁻¹、光热转换效率达 92.8%。本研究提出了一种缺陷与复合协同的构筑策略，所得独立式超轻复合膜在海水电淡化中展现出优异的稳定性与抗盐性，为高效水蒸发用石墨烯光热材料的设计提供了有效思路。
Figure 1.(a) Schematic illustration of the synthesis of the NG and NG@MoC. X-ray diffraction (XRD) patterns of (b) the precursor alloys, (c) the dealloyed nanoporous alloys and (d) nanoporous graphenes. (e) Scanning electron microscope (SEM) image of the 5-NG. Scanning transmission electron microscope (STEM) images of (f) the 2-NG and (g) 4-NG.
综上所述，通过将化学气相沉积（CVD）策略与纳米多孔合金模板的选择性使用和刻蚀相结合，制备了一系列具有可调微结构的3D纳米多孔氮掺杂石墨烯材料。我们发现，合金模板的元素序数（或熵）可用于有效调控生长出的氮掺杂石墨烯的缺陷密度，从而促进热局域化并提升光热转换性能。通过在纳米多孔MnNiCoFeMo模板中选择性保留原位生成的MoC纳米颗粒，所获得的5-NG@MoC复合材料在1个太阳辐射强度下实现了1.76 kg·m–2·h–1的高蒸发速率和92.8%的光热转换效率，同时在海水淡化过程中表现出优异的耐盐性和长期稳定性。5-NG@MoC 卓越的光热转换性能主要归因于三个关键因素：(1) 纳米多孔石墨烯中丰富的缺陷促进了热局域化并增强了光吸收；(2) 锰钴钨（MoC）颗粒大量锚定在石墨烯骨架上，进一步提升了光捕获能力，使太阳能更高效地转化为热能，从而导致表面温度升高； (3) 双连续纳米多孔石墨烯结构可实现高效的水传输，为蒸发界面提供持续的水源，从而维持稳定的蒸发过程。本研究为设计用于太阳能驱动脱盐的高性能、自支撑且坚固的石墨烯基光热材料提供了一种极具前景的策略。
文献：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6c03897
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