用于高效太阳能驱动界面蒸发的三维还原氧化石墨烯/纤维素纳米晶复合水凝胶

《Composites Communications》：3D Reduced Graphene Oxide/Cellulose Nanocrystal Composite Hydrogels for Efficient Solar-Driven Interfacial Evaporation

　　

• •
  生物质来源的CNCs协同调节界面水状态，将汽化焓降低至1621 J g^-1。
• •
  三维结构设计赋予RCH蒸发器通过"冷表面"效应高效收集环境能量的能力。
• •
  高效的太阳能蒸发系统实现了3.61 kg m^-2 h^-1的高蒸发速率和>99.9%的多功能水净化效果。

章节摘要

引言

由于人口增长和工业扩张（1）（2），全球对淡水的需求不断攀升，这使得开发可持续水净化技术成为当务之急（3）（4）。尽管传统的脱盐方法，如反渗透⁵和热蒸馏⁶，在解决淡水短缺方面发挥着重要作用，但它们往往伴随着高能耗和巨大的基础设施成本，这可能会限制其在…

材料

天然石墨片（300目）购自中国华泰润滑与密封材料公司。硫酸（98%）、盐酸（37%）、高锰酸钾（99.5%）、过氧化氢（30%）、硝酸钠、抗坏血酸和氯化钠购自北京化学试剂公司。微晶纤维素购自北京和开科技有限公司。所有化学品均直接使用，未经进一步纯化。

氧化石墨烯和纤维素纳米晶的制备

氧化石墨烯（GO）通过改良的…

RCH复合水凝胶的制备与结构表征

如图1a所示，三维rGO/CNC复合水凝胶（RCH）通过将CNCs与GO水悬浮液均匀混合，随后在70 °C下进行抗坏血酸（VC）诱导的部分还原和自组装，去除致密表层层，并进行透析纯化而制备而成。原子力显微镜（AFM）显示，通过改良Hummers法合成的GO纳米片厚度约为1.1 nm，与单层或…

结论

总之，我们开发了一种基于rGO和CNCs复合水凝胶的一体三维太阳能蒸发器。生物质来源CNCs的引入将微观水状态调控与宏观结构设计相结合。在微观层面，CNCs作为纳米结构间隔剂，抑制了rGO纳米片的重叠堆积，同时其丰富的亲水官能团破坏了体相水的延伸氢键网络。由此产生的增加…

CRediT作者贡献声明

赖良清：可视化、调查研究、正式分析。刘刚：验证、调查研究、数据整理。徐星和：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、方法学、概念化。胡辰：验证、调查研究、数据整理。高富林：写作——审阅与编辑、监督、资源、资金获取、概念化。余仲珍：写作——审阅与编辑、监督、资源。李小锋：写作——审阅与编辑、监督，

声明

作者声明不存在竞争性经济利益。

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

我们感谢国家自然科学基金委员会（项目编号：U23A20587、52533002、52221006）、中国博士后科学基金会（项目编号：GZC20250029和2025M780175）以及国家重点实验室——新材料和先进加工技术开放项目（项目编号：FZ2024012）的财政支持。

马再远|刘刚|赖良清|胡辰|徐星和|余仲珍|高富林|李小锋