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德国柏林工业大学Arne Thomas课题组--制备共价有机框架(COF)石墨烯双区域水凝胶,用于光热水蒸发
       太阳能发电是一种可持续的水处理技术,有助于缓解全球水资源短缺问题。然而,由于水蒸发的高能耗导致蒸发率低,该技术面临着巨大的挑战。在这里,通过简便的原位生长策略开发了一种共价有机框架(COF)/石墨烯双区域水凝胶,在一种材料中包含亲水和疏水区域。亲水 COF 覆盖部分疏水石墨烯区域。通过对两个润湿区域的精确控制,混合水凝胶显示出有效的光捕获、可调节的润湿性、优化的水含量以及降低水汽化的能量需求。作为太阳能吸收器,双区域水凝胶在 1 次太阳照射(1 kW m-2)下的蒸汽产生率高达 3.69 kg m-2 h-1,与其他最先进的材料具有很好的竞争优势。此外,这种水凝胶蒸发器可用于从海水和污水中生产饮用水,展示了水处理的潜力。
 
 
Figure 1. 用于加速太阳能驱动水蒸发的 COF/石墨烯双区域水凝胶方案。 3D 多孔通道能够快速向上输送水。双区域协同作用将通道尺寸从~2.3μm调节到~12.3μm,增强太阳能吸收并优化水分含量,从而降低蒸发的能量需求。
 
 
Figure2. (a) COF-SO3H 的化学结构。 (b) 分别使用 20 mL(左)和 120 mL(右)高压釜合成的 CGH-50 的照片。 (c, d) CGH-50 的 SEM 图像。 (e) CGH-50 的 SEM 图像和相应的 EDS 映射。 (f) COF-SO3H 和 CGH 的 FT-IR 光谱。 (g) CGH 的 XPS 测量光谱。 (h, i) CGH-50 的 AFM 图像和相应的高度剖面。
 
 
Figure 3. (a-e)冷冻干燥样品的水接触角和 CGH 中双区域的相应示意图,其中蓝色区域代表纯 rGO,而橙色区域代表 COF@rGO。 ( f )CGH的UV-vis-NIR吸光度。 (g) CGH 中的含水量和中间水 (IW) 与游离水 (FW) 的比例。 (h) CGH中纯水和水的暗蒸发率和蒸发焓。 (g) 和 (h) 中的误差线表示从使用不同样品的五次测量中获得的标准偏差。
 
 
Figure 4. (a) 水蒸发测试中使用的装置方案。 (b,c)纯水和 CGH 在 1 个太阳照射(1 kW m-2)下随时间变化的温度和质量变化。 (d) 来自 CGH 的水分蒸发率和 1 个太阳下的能源效率。误差条代表使用不同样品的五次测量获得的标准偏差。 (e) 蒸发速率比较显示 CGH-50 在碳基蒸发器中的高性能。 (f) 使用模拟海水和 CGH-50 进行七个循环的稳定性测试。
 
 
Figure 5. (a) 太阳能驱动清水收集装置的照片。 (b) 脱盐前后模拟海水的离子浓度。 (c) 纯化前后的重离子浓度。 (d) 染料污染水和纯净水的紫外-可见光谱和照片。
 
       相关研究工作由德国柏林工业大学Arne Thomas课题组于2022年在线发表于《JACS》期刊上,原文:A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generation。

转自《石墨烯研究》公众号

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