巧妙的微结构构建和合理的成分选择是提高光热材料性能的有效策略。在此，一种类似花椰菜的分级镍@石墨烯(Ni@Gr)采用一步电化学法制备了太阳能海水淡化膜，该膜与石墨烯的电化学剥离和石墨烯的共沉积同时进行Ni@Gr材料。仿生的层次结构和化学组成Ni@Gr膜的光吸收率（90.36%）主要是通过引入石墨烯和光的捕集效应来提高的。这个Ni@Gr在模拟（1个太阳）和室外太阳光条件下，膜的蒸发速率分别为2.05和1.16 kg m^–2 h^–1。超亲水性与水分子的层次结构Ni@Gr膜共同降低了蒸发焓（1343.6 kJ/kg），有利于突破蒸发速率的理论极限（1.47 kg m^–2 h^–1）。本研究为仿生金属-碳复合光热材料在太阳能水蒸发中的应用提供了理论依据。
 
 
图1. Ni@Gr膜的设计：（a）工作原理Ni@Gr膜。（b和c）分级西兰花状结构Ni@Gr。（d）双重作用机理。（e） 分级结构的光阱效应。（f） Ni@Gr膜的亲水性。
 
 
图2. 光热转换膜的微观形态和元素分布：（a）花椰菜。（b） Ni膜的SEM图像。（c） SEM图像Ni@Gr膜。（d） TEM图像Ni@Gr膜。（e至i）C、O和Ni的EDSNi@Gr膜表面。（j）示意图Ni@Gr一步电化学法制备光热转换膜。（k） 电化学装置。（l） 形态形成示意图。（m） 扫描电镜图像Ni@Gr膜在不同的电化学制备时间下。
 

图3. （a） XPS测量光谱Ni@Gr膜。（b） C 1s光谱Ni@Gr膜。（c） Ni 2p谱Ni@Gr膜。（d） 拉曼光谱Ni@Gr膜和镍膜。（e） 红外光谱Ni@Gr膜。（f） X射线衍射图Ni@Gr膜和镍膜。（g） H₂-TPRNi@Gr膜。（h） Ni@Gr膜的WCA动态。
  
图4. 太阳能热性能Ni@Gr膜：（a）膜的吸收。（b） 膜的反射率。（c） 膜在不同区域的吸收。（d） 太阳光下膜的机理图。（e） 蒸发器上膜的温度变化曲线。（f） 太阳能热性能测试装置。（g） 蒸发器的红外热像。（h和i）湿膜和干膜的红外热像。
 

图5. 界面蒸发性能Ni@Gr光热转换膜：（a）不同光热转换膜（1个太阳）的太阳能驱动界面蒸发器的失重曲线。（b） 膜的蒸发速率（1个太阳）。（c） 太阳能-膜的蒸汽转换效率（1个太阳）。（d） 水分子的拉曼光谱Ni@Gr膜。（e） （f）蒸发过程的归一化热损失。（g） 辐照强度对辐射强度的影响Ni@Gr蒸发率。（h） 蒸发速率Ni@Gr膜在不同NaCl浓度下。（i） 海水淡化性能Ni@Gr膜。（j） 摩擦磨损试验Ni@Gr膜。（k） 界面蒸发过程中的毛细效应。（l） 室外试验过程中太阳光辐照强度和环境温度的变化。
 
       相关研究成果由长春工业大学De Sun课题组2024年发表在Nano Letters (链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01938)上。原文：One-Step Electrochemically Prepared Bionic Hierarchical Nickel Black@Graphene Composite Membrane for Desalination by Solar–Thermal Energy Conversion

转自《石墨烯研究》公众号