本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“Highly ordered porous carbon aerogel via a novel strong confined effect freeze-casting strategy for efficient solar interfacial evaporation”的研究文章。
Part 1 文章简介
太阳能驱动的界面蒸发 (SIE) 技术为解决全球淡水短缺挑战开辟了新视角。开发具有低密度、优异隔热性能和水传输机制的功能性碳气凝胶为提高太阳能界面蒸发器的能量转换效率提供了可行的解决方案。近年来，冷冻铸造已成为一种构建取向多孔和层状复合材料的多功能方法。然而，通过传统冰模板铸造方法制备的碳气凝胶孔径范围广，难以精确调控多孔取向，这严重阻碍了蒸发器能量转换效率的优化过程。目前，仍然缺乏有效的规模调控方法。本研究提出了一种新颖的强约束效应冷冻铸造策略，成功制备了孔径范围精确控制在 10-20 μm 且多孔结构高度有序的碳气凝胶 (CA-SRF)。 CA-SRF具有超低密度（0.0403 g/cm3）和优异的隔热性能（0.0289 W/(m·K)）。在1个太阳光照下，CA-SRF实现了2.48 kg·m−2·h−1的高蒸发速率和95.6%的蒸发效率。这种新策略为高性能SIE蒸发器的开发开辟了新途径。
图1是碳气凝胶制造示意图。
图2是CA-UF 和 CA-SRF 的组成和结构表征。样品的 (a) 红外光谱和 (b) XRD 图案。(c) 常规定向冷冻和 (d) 强限制效应冷冻铸造过程中冰晶生长的机制（黄色球体代表聚合物二次粒子）。CA-UF 的 SEM 图像（(e) 低倍放大和 (f) 高倍放大）。CA-SRF 的 SEM 图像（(g) 低倍放大和 (h) 高倍放大）。
图3是CA-UF 和 CA-SRF 的物理性质表征。（a）CA-UF 和 CA-SRF 的密度和热性质。（b）导热机制。（c）红外热成像图像和（d）背温实验的温度曲线。
图4是CA-UF 和 CA-SRF 的蒸发性能。（a）样品的暗蒸发速率和等效蒸发焓。在 1 个太阳照射下，（b）蒸发质量（附有测试的光学照片）、（c）样品的速率和效率。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158807
引用：Gan, Zhicong, et al. "Highly ordered porous carbon aerogel via a novel strong confined effect freeze-casting strategy for efficient solar interfacial evaporation." Chemical Engineering Journal (2025): 158807.
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