尽管许多太阳能驱动的水蒸发器被开发用于太阳能蒸汽发电，大多数太阳能热能转换材料不能重复使用，以构建具有可变形状和图案表面的太阳能热水蒸发器。在此，可重塑Ti₃C₂T_x MXene/氧化石墨烯(GO)/聚苯胺(PANI) (MGP)的混合物具有可变形状和可图形化表面，通过聚苯胺辅助组装的氧化石墨烯和MXene，用于高效的太阳能驱动的海水和废水净化。塑料MGP混合材料的可变形状、可图案表面和可重用性归因于聚苯胺与氧化石墨烯和MXene的强烈相互作用。得益于亲水的氧化石墨烯和MXene的优良的太阳能转换，MGP的可变形状和可图案表面，以及降低的蒸发焓，在1次太阳照射下，具有平锥面和凹锥面模式的MGP蒸发器的平均水分蒸发率分别高达2.89和3.30 kg m^-2 h^-1。当塑料MGP被模压成花型蒸发器时，在1次太阳照射下，蒸发率达到3.94 kg m^-2 h^-1，蒸发效率达到135.6%。可重复使用的MGP蒸发器可以高效地从海水和废水中产生干净的水，离子截除率接近100%。
 
  图 1. 用于太阳能蒸汽产生的MGP塑料混合材料的制备示意图。
 
 
图2. a) MXene的透射电镜图像。b,c) MXene/PANI杂化的TEM图像。d) MXene/PANI杂交种的N 1s XPS峰。e) MXene片表面苯胺聚合示意图。f)氧化石墨烯薄片与苯胺分子之间的相互作用。g)聚苯胺与氧化石墨烯和MXene片的相互作用。
 
  图 3. a) GO、GP、MXene和MGP的红外光谱和XPS测量光谱。c) MGP和d) GP的N 1s谱。e) GO、GP、MXene和MGP的拉曼光谱和XRD谱图。
 
  图4。(a - c)具有随机结构的MGP和(d-f)具有局部排列结构的MGP的SEM图像。(g,h) MGP的元素映射图像。i)具有不同花形的MGP杂化物。
 
  图5 a) GP和MGP杂化的吸收光谱。b, c)下太阳蒸汽产生前后MGP处于湿态的红外图像1-sun辐照。d)用LF-NMR表征MGP和GP内部水的弛豫时间谱。e) MGP内三种水态分布及水路运输路线。f) GP和MGP杂化存在时，水的等效蒸发焓。g)在黑暗和1日照射下，GP和MGP杂种的蒸发速率和蒸发效率。h)不同表面的MGP杂化的蒸发速率。
 
  
图6 a)各种表面图案模型示意图。b)花状硅橡胶模具和花状MGP蒸发器。c)水的质量变化，d)不同表面形态的MGP蒸发器的水分蒸发性能比较。
 
  图7 a)太阳辐照下MGP蒸发器的温度场分布和b)其凹面锥体表面的多物理模拟。c)模拟大量水的温度随时间的变化曲线，以及具有平面型和凹金字塔型的MGP蒸发器。d)热流和e)在凹金字塔结构中由马朗戈尼效应促进的水张力(水流)示意图。采用f)凹形锥体和g)平坦表面，模拟了MGP蒸发器中稳态水流速度(m s^-1)。
 
 
图8。a)自来水和b)海水在塑料MGP蒸发器成型前后的质量变化。c)太阳热脱盐前后黄海海水中初级离子的浓度。d)太阳热水蒸发对盐离子的截留率。e)耐海水、纯净水和自来水。f)太阳热净化前后废水中重金属离子浓度。g)太阳热水蒸发对重金属离子的截留率。
 
       相关科研成果北京化工大学Xiaofeng Li和Zhong-Zhen Yu团队于2021年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号