創(chuàng)新點(diǎn)：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所吳衛(wèi)平研究員課題組通過納秒激光直寫，實(shí)現(xiàn)了成型多孔碳材料的石墨烯轉(zhuǎn)化，同時(shí)通過形成圖案化微納三維多孔結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)了材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收，實(shí)現(xiàn)了更有效的傳質(zhì)及熱管理，標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光下（1 kW m?2）水蒸發(fā)速率達(dá)1.74 kg m?2 h?1。

關(guān)鍵詞：納秒激光，多孔石墨烯，太陽(yáng)能光熱，界面蒸發(fā)

近年來(lái)，基于微觀表界面效應(yīng)及局域化熱量調(diào)控理論，成功實(shí)現(xiàn)低能量密度太陽(yáng)光的高效捕獲并用于光熱界面蒸發(fā)，為低碳清潔能源的捕獲和高效利用提供了新的思路。納米多孔碳材料具有寬光譜吸收能力和高比表面積等優(yōu)勢(shì)，是太陽(yáng)能光熱界面蒸發(fā)的理想材料，但已報(bào)道的碳材料仍然面臨傳質(zhì)受限、光吸收轉(zhuǎn)化效率低等方面的問題，難以用于更高效率的界面蒸發(fā)。

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的吳衛(wèi)平研究員課題組，針對(duì)這些問題，提出并實(shí)現(xiàn)了納秒激光在生物質(zhì)成型多孔碳表面直接制備圖案化三維多孔石墨烯，并對(duì)其光熱局域性界面蒸發(fā)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過納秒激光在成型多孔碳表面掃描，使碳材料升華，形成了具有納米結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯陣列，同時(shí)制備了太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)器件，實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的寬光譜吸收，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到98.7%，作為封面論文發(fā)表在Advanced Materials Technologies雜志上。

石墨烯具有高熱導(dǎo)率、高電導(dǎo)率，高機(jī)械強(qiáng)度等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正被廣泛研究并逐漸應(yīng)用于能源、光電器件、熱管理、復(fù)合材料、防腐等領(lǐng)域，是一種非常具有應(yīng)用潛力的二維材料。具有特殊形貌的圖案化或者微納陣列結(jié)構(gòu)的多孔石墨烯，將進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。中科院上海光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)利用納秒激光表面掃描的方式，簡(jiǎn)單、高效、低成本實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)碳到圖案化多孔石墨烯的轉(zhuǎn)變，形成有序石墨烯陣列結(jié)構(gòu)，并采用同步輻射疊層X射線斷層照相技術(shù)（Synchrotron X-ray ptychography）對(duì)材料的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。經(jīng)過激光處理的碳材料，表現(xiàn)出更高的光學(xué)吸收能力，能有效將光能吸收并限制在表面薄層并有助于更優(yōu)的熱量管理。此外，石墨烯具有的多孔疏松結(jié)構(gòu)和高比表面積等特征，加速了水分子的傳質(zhì)和蒸發(fā)。納秒激光處理碳這一新方法，實(shí)現(xiàn)了圖案化多孔石墨烯的環(huán)保、低成本、高效制備，為高效率太陽(yáng)能光熱界面蒸發(fā)提供了新的解決方案。

WILEY

論文信息：

Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High-Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation

Fenghua Liu, Deyuan Lou, Enkang Liang, Yunjiao Gu, Zan Wang, Xiaowen Shi, Robert Bradley, Binyuan Zhao*, Weiping Wu*

Advanced Materials Technologies

DOI: 10.1002/admt.202101052

Advanced

Materials

Technologies

期刊簡(jiǎn)介

Advanced Materials Technologies創(chuàng)刊于2016年4月， 是一本刊載技術(shù)相關(guān)的銜接材料科學(xué)和實(shí)際應(yīng)用的高質(zhì)量期刊，著重于基于新材料的先進(jìn)工程、器件設(shè)計(jì)和新技術(shù)。Advanced Materials Technologies于2017年初被Web of Science收錄，最新的影響因子為5.969。