盡管許多太陽能驅動的水蒸發器被開發用于太陽能蒸汽發電，大多數太陽能熱能轉換材料不能重復使用，以構建具有可變形狀和圖案表面的太陽能熱水蒸發器。在此，可重塑Ti
3C
2T
x MXene/氧化石墨烯(GO)/聚苯胺(PANI) (MGP)的混合物具有可變形狀和可圖形化表面，通過聚苯胺輔助組裝的氧化石墨烯和MXene，用于高效的太陽能驅動的海水和廢水凈化。塑料MGP混合材料的可變形狀、可圖案表面和可重用性歸因于聚苯胺與氧化石墨烯和MXene的強烈相互作用。得益于親水的氧化石墨烯和MXene的優良的太陽能轉換，MGP的可變形狀和可圖案表面，以及降低的蒸發焓，在1次太陽照射下，具有平錐面和凹錐面模式的MGP蒸發器的平均水分蒸發率分別高達2.89和3.30 kg m
-2 h
-1。當塑料MGP被模壓成花型蒸發器時，在1次太陽照射下，蒸發率達到3.94 kg m
-2 h
-1，蒸發效率達到135.6%。可重復使用的MGP蒸發器可以高效地從海水和廢水中產生干凈的水，離子截除率接近100%。
圖 1. 用于太陽能蒸汽產生的MGP塑料混合材料的制備示意圖。
圖2. a) MXene的透射電鏡圖像。b,c) MXene/PANI雜化的TEM圖像。d) MXene/PANI雜交種的N 1s XPS峰。e) MXene片表面苯胺聚合示意圖。f)氧化石墨烯薄片與苯胺分子之間的相互作用。g)聚苯胺與氧化石墨烯和MXene片的相互作用。
圖 3. a) GO、GP、MXene和MGP的紅外光譜和XPS測量光譜。c) MGP和d) GP的N 1s譜。e) GO、GP、MXene和MGP的拉曼光譜和XRD譜圖。
圖4。(a - c)具有隨機結構的MGP和(d-f)具有局部排列結構的MGP的SEM圖像。(g,h) MGP的元素映射圖像。i)具有不同花形的MGP雜化物。
圖5 a) GP和MGP雜化的吸收光譜。b, c)下太陽蒸汽產生前后MGP處于濕態的紅外圖像1-sun輻照。d)用LF-NMR表征MGP和GP內部水的弛豫時間譜。e) MGP內三種水態分布及水路運輸路線。f) GP和MGP雜化存在時，水的等效蒸發焓。g)在黑暗和1日照射下，GP和MGP雜種的蒸發速率和蒸發效率。h)不同表面的MGP雜化的蒸發速率。
圖6 a)各種表面圖案模型示意圖。b)花狀硅橡膠模具和花狀MGP蒸發器。c)水的質量變化，d)不同表面形態的MGP蒸發器的水分蒸發性能比較。
圖7 a)太陽輻照下MGP蒸發器的溫度場分布和b)其凹面錐體表面的多物理模擬。c)模擬大量水的溫度隨時間的變化曲線，以及具有平面型和凹金字塔型的MGP蒸發器。d)熱流和e)在凹金字塔結構中由馬朗戈尼效應促進的水張力(水流)示意圖。采用f)凹形錐體和g)平坦表面，模擬了MGP蒸發器中穩態水流速度(m s
-1)。
圖8。a)自來水和b)海水在塑料MGP蒸發器成型前后的質量變化。c)太陽熱脫鹽前后黃海海水中初級離子的濃度。d)太陽熱水蒸發對鹽離子的截留率。e)耐海水、純凈水和自來水。f)太陽熱凈化前后廢水中重金屬離子濃度。g)太陽熱水蒸發對重金屬離子的截留率。
相關科研成果北京化工大學Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu團隊于2021年發表在Adv. Funct. Mater (DOI: 10.1002/adfm.202110636)上。原文：Reshapable MXene/Graphene Oxide/Polyaniline Plastic Hybrids with Patternable Surfaces for Highly Efficient Solar-Driven Water Purification。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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